JP2006319441A - Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion method, image reading apparatus, two-dimensional image sensor, and drive method of two-dimensional image sensor - Google Patents
Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion method, image reading apparatus, two-dimensional image sensor, and drive method of two-dimensional image sensor Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006319441A JP2006319441A JP2005137540A JP2005137540A JP2006319441A JP 2006319441 A JP2006319441 A JP 2006319441A JP 2005137540 A JP2005137540 A JP 2005137540A JP 2005137540 A JP2005137540 A JP 2005137540A JP 2006319441 A JP2006319441 A JP 2006319441A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- light
- photoelectric conversion
- thin film
- film transistor
- irradiated
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Abstract
Description
本発明は、光電変換素子の光電変換量を検出する光電変換装置に関し、特に、光電変換装置を用いた、パーソナルコンピュータや情報端末等における画像読取用として好適に用いられる画像読取装置および2次元イメージセンサに関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion device that detects the photoelectric conversion amount of a photoelectric conversion element, and in particular, an image reading device and a two-dimensional image that are suitably used for image reading in a personal computer, an information terminal, etc. using the photoelectric conversion device. It relates to sensors.
従来、パーソナルコンピュータやファクシミリ等の画像入力には、1次元イメージセンサと機械的走査を組み合わせた画像読取装置(例えば、イメージスキャナ)が用いられてきた。この場合、1次元イメージセンサを原稿に対して移動させて走査するか、あるいは原稿を移動させて走査する必要があり、何れも機械的に走査する必要があるため、画像の読取速度が遅く、また、装置の小型化・軽量化が制限されていた。 Conventionally, an image reading apparatus (for example, an image scanner) combining a one-dimensional image sensor and mechanical scanning has been used for image input of a personal computer, a facsimile, or the like. In this case, it is necessary to move and scan the one-dimensional image sensor with respect to the document, or to move and scan the document, both of which need to be scanned mechanically. In addition, downsizing and weight reduction of the device have been limited.
一方、機械的走査が不要な密着型2次元イメージセンサが種々提案されている。これらの多くは、クロストークを防ぐための画素選択トランジスタと、フォトセンサとしてのフォトダイオードやフォトトランジスタとで1画素が形成されており、各画素を2次元マトリクス状に配列して2次元イメージセンサを構成している。 On the other hand, various contact-type two-dimensional image sensors that do not require mechanical scanning have been proposed. In many of these, one pixel is formed by a pixel selection transistor for preventing crosstalk and a photodiode or phototransistor as a photosensor, and each pixel is arranged in a two-dimensional matrix to form a two-dimensional image sensor. Is configured.
ところが、前述したように、機械的走査が不要な密着型2次元イメージセンサは、高速な画像読み出しや軽量・薄型化が可能なため、多くの提案が行なわれているが、未だに実用化された例はない。 However, as described above, a contact-type two-dimensional image sensor that does not require mechanical scanning is capable of high-speed image reading and can be reduced in weight and thickness. Therefore, many proposals have been made, but it has been put into practical use. There is no example.
この主要因の一つは、画素構造及びアレイ構造の複雑さにある。つまり、現在量産されているアクティブマトリクス型液晶ディスプレイで用いられるTFTアレイの場合に比べて、フォトセンサを形成するための製造プロセスが増加したり、画素構造が複雑になったり、画素面積が増加して高解像度化が困難である等の問題があった。 One of the main factors is the complexity of the pixel structure and the array structure. In other words, compared to TFT arrays used in mass-produced active matrix liquid crystal displays, the manufacturing process for forming photosensors increases, the pixel structure becomes complicated, and the pixel area increases. There is a problem that it is difficult to increase the resolution.
また、フォトセンサ自体にフォトセンサ機能と選択機能とを持たせる構造の場合でも、例えば逆スタガー型薄膜トランジスタとコプラナ−型薄膜トランジスタとを、半導体層を単一層にして組み合わせた複雑な構造となっており、製造プロセスが複雑になるという問題があった。 Even when the photosensor itself has a photosensor function and a selection function, it has a complicated structure in which, for example, a reverse stagger type thin film transistor and a coplanar type thin film transistor are combined in a single semiconductor layer. The manufacturing process is complicated.
そこで、上記の各問題点を解消するために、例えば特許文献1には、感光性半導体層を有するフォトトランジスタと、上記フォトトランジスタのドレイン電極に接続された補助容量とを有するセンサ基板と、上記フォトトランジスタのソース電極に接続され、上記センサ基板による光電変換量を検出する検出ICとを備えた光電変換装置が開示されている。この光電変換装置では、補助容量に、所定量の電荷が充電されると共に、フォトトランジスタが非導通状態のときに感光性半導体層への光照射により生じる電荷が充電され、検出ICは、補助容量の電荷に基づいて、センサ基板の光電変換量を検出するようになっている。これにより、フォトセンサを構成する画素構造を簡素化することができるので、使用可能な画素数を増加させることができ、その結果、高解像度化が可能となる。しかも、製造プロセスの簡略化も可能となる。
しかしながら、特許文献1に開示された光電変換装置では、ゲート駆動信号がローレベルのときの薄膜トランジスタのゲート電極に印加されるゲート電圧が一定であったため、該薄膜トランジスタへの光の照射時間(照射光量)によっては光変換量(感度)が十分に得られない場合があった。従って、このような光電変換装置を画像読取装置に適用した場合には、原稿の読取スピードや原稿への照射光量によっては十分な感度が得られないことになる。
However, in the photoelectric conversion device disclosed in
本発明は、上記の問題点に鑑みなされたものであって、その目的は、十分な光電変換量が得られ、その結果、原稿の読取スピードや原稿への照射光量に対応した最適な感度を得ることができる光電変換装置およびこれを備えた画像読取装置、光電変換方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a sufficient amount of photoelectric conversion, and as a result, an optimum sensitivity corresponding to the reading speed of the document and the amount of light applied to the document. It is an object to provide a photoelectric conversion device that can be obtained, an image reading device including the photoelectric conversion device, and a photoelectric conversion method.
本願発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、図17(グラフ1)、図18(グラフ2)から、読取スピードによって最大感度が得られるTFTのゲートオフ電圧(Vgl電圧)が異なることを見出した。また、図19(グラフ3)から、照射光量(単色光時と複色光時)によって最大感度が得られるTFTのVgl電圧が異なることを見出した。つまり、TFTのゲートオフ電圧の値を固定的にした場合、読取スピードや照射光量によっては十分に感度を得ることができていないことが分かった。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventor of the present application differs from FIG. 17 (Graph 1) and FIG. 18 (Graph 2) in that the gate-off voltage (Vgl voltage) of the TFT capable of obtaining the maximum sensitivity differs depending on the reading speed. I found out. Further, from FIG. 19 (Graph 3), it was found that the Vgl voltage of the TFT capable of obtaining the maximum sensitivity differs depending on the irradiation light amount (in the case of monochromatic light and in the case of multicolor light). That is, it was found that when the gate-off voltage value of the TFT was fixed, sufficient sensitivity could not be obtained depending on the reading speed and the amount of irradiation light.
ここで、最大の感度とは、複数の薄膜トランジスタを非導通状態にして、それぞれの感光性半導体層に強度の異なる光を照射している時間内で、最強の光が照射された薄膜トランジスタの光電流値またはそれを蓄積した値と、最弱の光が照射された薄膜トランジスタの光電流値またはそれを蓄積した値との差をいう。 Here, the maximum sensitivity refers to the photocurrent of the thin film transistor that is irradiated with the strongest light within a period in which a plurality of thin film transistors are turned off and each photosensitive semiconductor layer is irradiated with light having different intensities. The difference between the value or the value accumulated therein and the photocurrent value of the thin film transistor irradiated with the weakest light or the value accumulated therein.
従って、本発明に係る光電変換装置は、上記課題を解決するために、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、上記感光性半導体層に光を所定時間照射した後に、上記補助容量の電荷に基づいて、上記薄膜トランジスタを含む光電変換素子の光電変換量を検出する光電変換装置において、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、上記薄膜トランジスタのゲート電極にゲート電圧を印加するゲート電圧印加手段と、上記ゲート電圧印加手段によって印加されるゲート電圧を可変制御するゲート電圧制御手段とを備えていることを特徴としている。 Therefore, in order to solve the above-described problem, the photoelectric conversion device according to the present invention charges a predetermined amount of charge to the auxiliary capacitor connected to the drain electrode of the thin film transistor having the photosensitive semiconductor layer, and the predetermined amount to the auxiliary capacitor. After the charging of the charge is completed, the thin film transistor is made non-conductive, the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time, and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time, and then based on the charge of the auxiliary capacitor. In the photoelectric conversion device for detecting the photoelectric conversion amount of the photoelectric conversion element including the thin film transistor, the gate electrode of the thin film transistor is applied to the gate electrode of the thin film transistor when the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time after the thin film transistor is turned off. Gate voltage applying means for applying a gate voltage, and gate for variably controlling the gate voltage applied by the gate voltage applying means. It is characterized by comprising a G Voltage control means.
上記の構成によれば、薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、ゲート電圧制御手段によって、ゲート電極に可変制御されたゲート電圧が印加されるようになるので、検出される光電変換量を制御することができる。 According to the above configuration, when the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time after the thin film transistor is turned off, the gate voltage variably controlled by the gate voltage control means is applied to the gate electrode. Therefore, the detected photoelectric conversion amount can be controlled.
これにより、検出される光電変換量、すなわち非導通状態の薄膜トランジスタに流れる光電流が最大となるようなゲート電圧を該薄膜トランジスタのゲート電極に印加することができるので、十分な光電変換量が得られる、すなわち最適な感度が得られる光電変換装置を実現することができる。 Thereby, a photoelectric conversion amount to be detected, that is, a gate voltage that maximizes the photocurrent flowing through the non-conducting thin film transistor can be applied to the gate electrode of the thin film transistor, so that a sufficient photoelectric conversion amount can be obtained. That is, a photoelectric conversion device that can obtain optimum sensitivity can be realized.
この場合、上記ゲート電圧制御手段は、上記ゲート電圧を、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を照射している時間内で最大の感度が得られる値に設定するようにすればよい。 In this case, the gate voltage control means sets the gate voltage to a value at which the maximum sensitivity can be obtained within the time when the thin film transistor is turned off and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light. do it.
上記ゲート電圧制御手段によって設定されるゲート電圧の値は、薄膜トランジスタを非導通状態にしたときの、該薄膜トランジスタへの光の照射時間と、その時の光電変換量との関係から導き出された値であってもよい。 The value of the gate voltage set by the gate voltage control means is a value derived from the relationship between the irradiation time of light to the thin film transistor and the photoelectric conversion amount at that time when the thin film transistor is turned off. May be.
上記ゲート電圧制御手段は、上記ゲート電圧印加手段に基準となるゲート電圧を上記薄膜トランジスタのゲート電極に印加させ、そのとき検出された光電変換量から、該ゲート電極に印加するゲート電圧の値を設定するようにしてもよい。 The gate voltage control means causes the gate voltage application means to apply a reference gate voltage to the gate electrode of the thin film transistor, and sets the value of the gate voltage applied to the gate electrode from the photoelectric conversion amount detected at that time You may make it do.
本発明に係る光電変換方法は、上記課題を解決するために、感光性半導体層を有する薄膜トランジスタのドレイン電極に接続された補助容量に電荷を所定量充電し、上記補助容量への所定量の電荷の充電完了後に、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、上記感光性半導体層に光を所定時間照射した後に、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出する光電変換方法において、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、最大の感度となるゲート電圧を上記薄膜トランジスタのゲート電極に印加することを特徴としている。 In order to solve the above problems, a photoelectric conversion method according to the present invention charges a predetermined amount of charge to an auxiliary capacitor connected to a drain electrode of a thin film transistor having a photosensitive semiconductor layer, and a predetermined amount of charge to the auxiliary capacitor. After the completion of charging, the thin film transistor is turned off to irradiate the photosensitive semiconductor layer with light for a predetermined time, and after irradiating the photosensitive semiconductor layer with light for a predetermined time, based on the charge of the auxiliary capacitor, In the photoelectric conversion method for detecting the photoelectric conversion amount of the photoelectric conversion element, when the thin film transistor is in a non-conducting state and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time, a gate voltage that provides maximum sensitivity is set to the thin film transistor. It is characterized by being applied to the gate electrode.
上記の構成によれば、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、最大の感度となるゲート電圧を上記薄膜トランジスタのゲート電極に印加することで、検出される光電変換量、すなわち非導通状態の薄膜トランジスタに流れる光電流が最大となる。 According to the above configuration, when the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time while the thin film transistor is in a non-conducting state, a gate voltage that provides maximum sensitivity is applied to the gate electrode of the thin film transistor. The detected photoelectric conversion amount, that is, the photocurrent flowing through the non-conducting thin film transistor is maximized.
従って、非導通状態の薄膜トランジスタへの光の照射量(照射時間×光強度)に応じた適切なゲート電圧で、最大の感度(光電変換量)を得ることができる光電変換方法を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a photoelectric conversion method capable of obtaining the maximum sensitivity (photoelectric conversion amount) with an appropriate gate voltage corresponding to the light irradiation amount (irradiation time × light intensity) to the non-conducting thin film transistor. it can.
本発明に係る画像読取装置は、上記の課題を解決するために、原稿画像に対応して複数個配置された、前述の光電変換装置と、各光電変換装置によって検出された光電変換素子の光電変換量を原稿画像の入力画像情報として出力する画像情報出力手段とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, an image reading apparatus according to the present invention includes a plurality of photoelectric conversion devices arranged in correspondence with a document image, and photoelectric conversion elements detected by each photoelectric conversion device. Image information output means for outputting the conversion amount as input image information of a document image is provided.
上記の構成によれば、前述の光電変換装置を備えているので、十分な光電変換量が得られ、その結果、原稿の読取スピードや原稿への照射光量に対応した最適な感度を得ることができる。 According to the above configuration, since the photoelectric conversion device described above is provided, a sufficient amount of photoelectric conversion can be obtained, and as a result, optimum sensitivity corresponding to the reading speed of the document and the amount of light applied to the document can be obtained. it can.
これにより、原稿画像に忠実な入力画像情報を画像情報出力手段から出力することができる。 Thereby, input image information faithful to the document image can be output from the image information output means.
また、上記原稿画像に、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ照射する光照射手段を備え、上記画像情報出力手段は、光照射手段による各色の照射光に応じて検出された光電変換素子の光電変換量から入力画像情報をカラー画像として出力するようにしてもよい。 Further, the document image includes light irradiating means for irradiating red light, green light, and blue light, respectively, and the image information output means is a photoelectric conversion element detected according to each color irradiation light by the light irradiating means. The input image information may be output as a color image from the photoelectric conversion amount.
この場合、単色光時の動作、すなわち読取スピードが速い時と、複色光時の動作、すなわち読取スピードが遅い時とで、最適な感度(光電変換量)が得られるゲート電圧は異なるので、光電変換装置のゲート電圧制御手段によって、単色光時の動作と、複色光時の動作とで印加するゲート電圧を変更するようにすれば、各々の場合における感度を最大にすることが可能となる。 In this case, the gate voltage for obtaining the optimum sensitivity (photoelectric conversion amount) differs between the operation at the time of monochromatic light, that is, when the reading speed is high, and the operation at the time of multicolor light, that is, when the reading speed is low. If the gate voltage to be applied is changed between the operation at the time of monochromatic light and the operation at the time of multicolor light by the gate voltage control means of the conversion device, the sensitivity in each case can be maximized.
また、上記構成の画像読取装置において、上記光電変換装置を1次元に配置してもよいし、上記光電変換装置を2次元に配置してもよい。 In the image reading apparatus having the above-described configuration, the photoelectric conversion device may be arranged one-dimensionally, or the photoelectric conversion device may be arranged two-dimensionally.
上記画像入力装置において、光電変換装置は1次元に配置してもよいし、2次元に配置してもよい。 In the image input device, the photoelectric conversion device may be arranged one-dimensionally or two-dimensionally.
このように、光電変換装置を1次元に配置した場合、家庭用のファクシミリ装置に用いられているようなハンディスキャナ等の携帯型の画像入力装置に好適に用いることができる。 As described above, when the photoelectric conversion device is arranged one-dimensionally, it can be suitably used for a portable image input device such as a handy scanner used in a home facsimile device.
また、光電変換装置を2次元に配置した場合、フラットヘッドスキャナ等に好適に用いられる。この場合、原稿画像の全体を一度に読み込むことが可能となる。 Further, when the photoelectric conversion device is two-dimensionally arranged, it is preferably used for a flat head scanner or the like. In this case, the entire document image can be read at once.
上記各補助容量への電荷の充電を、一括して行ってもよい。 Charging of the charges to the auxiliary capacitors may be performed collectively.
この場合、充電時間が短縮されるという効果を奏する。 In this case, there is an effect that the charging time is shortened.
本発明に係る2次元イメージセンサは、上記の課題を解決するために、複数のデータ線と、上記データ線と交差する複数の走査線と、上記データ線及び走査線の交点にそれぞれ設けられた感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続され、電荷が充電される補助容量とを含む光電変換素子と、上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記薄膜トランジスタによる光電変換量を検出する光電変換量検出手段と、上記光電変換量検出手段よって検出された結果を、画像情報として出力する画像情報出力手段とを備え、上記補助容量は、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、上記光電変換量検出手段は、上記感光性半導体層への光照射完了後の上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出する2次元イメージセンサであって、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、上記薄膜トランジスタのゲート電極にゲート電圧を印加するゲート電圧印加手段と、上記ゲート電圧印加手段によって印加されるゲート電圧を可変制御するゲート電圧制御手段とを備えていることを特徴としている。 In order to solve the above problems, the two-dimensional image sensor according to the present invention is provided at each of a plurality of data lines, a plurality of scanning lines intersecting with the data lines, and an intersection of the data lines and the scanning lines. A photoelectric conversion element including a thin film transistor having a photosensitive semiconductor layer, an auxiliary capacitor connected to the drain electrode of the thin film transistor and charged with charge, and a photoelectric conversion amount detected by the thin film transistor connected to the source electrode of the thin film transistor A photoelectric conversion amount detection means, and an image information output means for outputting the result detected by the photoelectric conversion amount detection means as image information, and the auxiliary capacitor is charged with a predetermined amount of charge, and When the thin film transistor is in a non-conductive state, charge is discharged by light irradiation to the photosensitive semiconductor layer, and the photoelectric conversion amount is detected. The stage is a two-dimensional image sensor that detects the photoelectric conversion amount of the photoelectric conversion element based on the charge of the auxiliary capacitor after the light irradiation to the photosensitive semiconductor layer is completed, and sets the thin film transistor in a non-conductive state. And a gate voltage applying means for applying a gate voltage to the gate electrode of the thin film transistor when the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time, and a gate for variably controlling the gate voltage applied by the gate voltage applying means. And a voltage control means.
上記の構成によれば、簡単な構成で2次元のイメージを精度よく読み取ることが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to accurately read a two-dimensional image with a simple configuration.
上記構成の2次元イメージセンサにおいて、上記データ線、走査線、薄膜トランジスタ、補助容量が透明基板上に形成してもよい。 In the two-dimensional image sensor having the above configuration, the data line, the scanning line, the thin film transistor, and the auxiliary capacitor may be formed on a transparent substrate.
また、上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面側の表面に透明な保護層を形成してもよい。 A transparent protective layer may be formed on the surface of the transparent substrate on the side where the thin film transistor is formed.
さらに、上記透明基板の上記薄膜トランジスタの形成面とは反対側の面に、光照射手段が設けられ、上記薄膜トランジスタの形成面に配置した被照射物に光を照射し、該被照射物からの反射光を上記薄膜トランジスタに照射するようにしてもよい。 Further, a light irradiation means is provided on the surface of the transparent substrate opposite to the surface on which the thin film transistor is formed, and the object to be irradiated disposed on the surface on which the thin film transistor is formed is irradiated with light and reflected from the object to be irradiated. The thin film transistor may be irradiated with light.
また、上記光照射手段の光照射を制御する光照射制御手段を備え、上記光照射制御手段は、上記補助容量に所定量の電荷が充電された後、一定時間光の照射を行うように上記光照射手段を制御し、上記光電変換量検出手段は、上記光照射手段による一定時間の光照射後に光照射を停止した状態で、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子による光電変換量を検出するようにしてもよい。 The light irradiation control means controls light irradiation of the light irradiation means, and the light irradiation control means performs the light irradiation for a predetermined time after the auxiliary capacitor is charged with a predetermined amount of charge. The photoelectric conversion amount detection means controls the photoelectric conversion amount by the photoelectric conversion element based on the charge of the auxiliary capacitor in a state where the light irradiation is stopped after the light irradiation by the light irradiation means for a certain time. The amount may be detected.
本発明に係る2次元イメージセンサの駆動方法は、上記課題を解決するために、上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態とし、上記補助容量の電荷に基づいて上記薄膜トランジスタを含む光電変換素子による光電変換量を検出するステップと、上記ステップにおいて、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、最大の感度となるゲート電圧を上記薄膜トランジスタのゲート電極に印加することを特徴としている。 In order to solve the above problems, the driving method of the two-dimensional image sensor according to the present invention drives the scanning line after a predetermined amount of charge has been charged in all the auxiliary capacitors connected to the thin film transistors. And sequentially detecting the photoelectric conversion amount by the photoelectric conversion element including the thin film transistor based on the charge of the auxiliary capacitor, and in the step, the thin film transistor is made non-conductive in the photosensitive semiconductor. When the layer is irradiated with light for a predetermined time, a gate voltage having the maximum sensitivity is applied to the gate electrode of the thin film transistor.
上記の構成によれば、簡単な構成で2次元のイメージを精度よく読み取ることが可能となる。 According to the above configuration, it is possible to accurately read a two-dimensional image with a simple configuration.
本発明に係る光電変換装置は、以上のように、薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、上記薄膜トランジスタのゲート電極にゲート電圧を印加するゲート電圧印加手段と、上記ゲート電圧印加手段によって印加されるゲート電圧を可変制御するゲート電圧制御手段とを備えていることで、最大の感度となるようなゲート電圧を該薄膜トランジスタのゲート電極に印加することができるので、十分な光電変換量が得られる、すなわち最適な感度が得られる光電変換装置を実現することができるという効果を奏する。 As described above, the photoelectric conversion device according to the present invention applies a gate voltage to the gate electrode of the thin film transistor when the thin film transistor is in a non-conducting state and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time. By applying the application means and the gate voltage control means for variably controlling the gate voltage applied by the gate voltage application means, a gate voltage that provides maximum sensitivity is applied to the gate electrode of the thin film transistor. Therefore, there is an effect that it is possible to realize a photoelectric conversion device that can obtain a sufficient photoelectric conversion amount, that is, an optimum sensitivity.
本発明の一実施の形態について説明すれば、以下の通りである。 An embodiment of the present invention will be described as follows.
はじめに、本発明の光電変換装置に適用されるフォトセンサおよびこのフォトセンサを用いた2次元イメージセンサ(画像読取装置)について説明し、その後で、光電変換量検出方法について説明する。 First, a photosensor applied to the photoelectric conversion apparatus of the present invention and a two-dimensional image sensor (image reading apparatus) using the photosensor will be described, and then a photoelectric conversion amount detection method will be described.
上記フォトセンサは、基本的には、逆スタガー型薄膜トランジスタ(TFT)の構成となっている(上部ゲート電極が光透過性の材質ならば、コプラナ−型薄膜トランジスタの構成となってもよい)。すなわち、図2に示すように、フォトトランジスタ7では、以下のような構成となっている。
The photosensor basically has an inverted staggered thin film transistor (TFT) configuration (if the upper gate electrode is a light transmissive material, it may have a coplanar type thin film transistor configuration). That is, as shown in FIG. 2, the
すなわち、ガラス等からなる透明な絶縁性基板(透明基板)9上に、クロム(Cr)等からなるボトムゲート電極11が形成されており、このボトムゲート電極11及び絶縁性基板9を覆うように、窒化シリコン(SiN)からなるボトムゲート絶縁膜(保護層)13が形成されている。
That is, a
上記ボトムゲート電極11上には、ボトムゲート電極11と対向する位置に、i型アモルファス・シリコン(i−a−Si)で形成された半導体層(感光性半導体層)12が形成されており、この半導体層12を挟んで、該半導体層12上に所定の間隔を有して相対向する位置にソース電極10及びドレイン電極15が形成されている。
A semiconductor layer (photosensitive semiconductor layer) 12 made of i-type amorphous silicon (ia-Si) is formed on the
これらソース電極10及びドレイン電極15は、それぞれn+ シリコン層4を介して半導体層12と接続されている。
The
ソース電極10及びドレイン電極15の上部には絶縁膜14が形成され、これらによりトランジスタ(逆スタガー型薄膜トランジスタ)が構成されている。
An insulating
このフォトトランジスタ7に対して、絶縁性基板9側のバックライトユニット18から照射光2が照射され、この照射光2が開口部6を透過し、原稿1に反射して、シリコン層4に照射される。
The
そして、上記構成のフォトトランジスタ7は、ボトムゲート電極11に印加する電圧を制御することにより、導通状態と非導通状態を制御することができる。例えば、フォトトランジスタ7のボトムゲート電極11に正電圧を印加すると、半導体層12にnチャンネルが形成され、ここで、ソース電極10−ドレイン電極15間に正電圧を印加すると、ソース電極10側から電子が供給されて、電流が流れる。
The
上記フォトトランジスタ7のゲート電圧とドレイン電流との関係を示すと図3に示すグラフのようになる。曲線I1は、光照射時のゲート電圧とドレイン電流との関係を示し、曲線I2は、光無照射時のゲート電圧とドレイン電流との関係を示すグラフである
すなわち、図3に示す曲線I1に示すように、非導通状態(ボトムゲート電極11に負電圧を印加した状態)での光照射時には、半導体層12に光電流が誘起され、ソース電極10−ドレイン電極15間に、照射光により誘起された電子正孔の数、すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。また、光無照射時には、図3に示す曲線I2で示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、10-14A(アンペア)程度にすることができる。その結果、フォトトランジスタ7は、光照射時のドレイン電流(I1)と光無照射時のドレイン電流(I2)の差を大きく取ることができる。また、この光照射時のドレイン電流と、光無照射のドレイン電流を所定の時間蓄積する事により、その差をより大きく取る事ができ、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を得ることができる。このダイナミックレンジをフォトトランジスタ7の感度とする。
The relationship between the gate voltage and the drain current of the
次に、上記構成の光電変換装置をフォトセンサとして利用した2次元イメージセンサについて、図4及び図5を参照しながら以下に説明する。 Next, a two-dimensional image sensor using the photoelectric conversion device having the above configuration as a photosensor will be described below with reference to FIGS.
図4は、2次元イメージセンサの概略構成ブロック図を示し、図5は、2次元イメージセンサの概略を示す斜視図である。なお、ここで説明する2次元イメージセンサは、密着型のイメージセンサを示す。また、本実施の形態では、二次元のイメージセンサについて説明するが、本発明の光電変換装置は、フォトセンサとして1次元のイメージセンサに適用することも可能である。 FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of the two-dimensional image sensor, and FIG. 5 is a perspective view showing an outline of the two-dimensional image sensor. Note that the two-dimensional image sensor described here is a contact image sensor. In this embodiment mode, a two-dimensional image sensor is described. However, the photoelectric conversion device of the present invention can be applied to a one-dimensional image sensor as a photosensor.
本実施の形態に係る2次元イメージセンサは、図4に示すように、マトリクス状に配列された複数の画素(図示せず)を有し、センサ部(フォトセンサ)を構成する平板状のセンサ基板(光電変換素子)20を備えており、該センサ基板20の外周には、複数の駆動IC19…と、複数の検出IC(光電変換量検出手段)25…とが接続されている。
As shown in FIG. 4, the two-dimensional image sensor according to the present embodiment has a plurality of pixels (not shown) arranged in a matrix and forms a sensor unit (photosensor). A substrate (photoelectric conversion element) 20 is provided, and a plurality of
駆動IC19は、センサ基板20に画素毎に設けられた後述するTFT7(図1参照)を駆動するものであって、センサ基板20に設けられたゲートライン22…に接続されている。ゲートライン22…のライン数は、センサ基板20の大きさや、画素ピッチにもよるが、数百〜数千ラインであり、これらゲートライン22…を、複数個の駆動IC19…で分担している。この場合、1つの駆動IC19の出力数は、例えば数百となる。
The
これら各駆動IC19は、駆動プリント基板21に実装されており、各駆動IC19と駆動プリント基板21とで、駆動回路28を構成している。
Each of these
駆動プリント基板21は、コントロール・通信基板(光照射制御手段)24に接続されており、駆動IC19の制御及びコントロール・通信基板24とのインターフェイスを行う回路を搭載している。
The drive printed
一方、検出IC25は、センサ基板20に設けられたTFT7が駆動した結果得られた、センサ基板20からの出力を検出するものである。各検出IC25は、センサ基板20のデータライン23…に接続されている。データライン23…のライン数も、センサ基板20の大きさや、画素ピッチによるが、数百〜数千ラインであり、これらデータライン23…からの出力の検出を、複数個の検出IC25…で分担している。1つの検出IC25の入力数は、例えば数百となる。
On the other hand, the
これら各検出IC25は、検出プリント基板(画像情報出力手段)26に実装されており、各検出IC25と検出プリント基板26とで、検出回路(検出手段)29を構成している。
Each of these
検出プリント基板26は、コントロール・通信基板24と接続されており、検出IC25の制御及びコントロール・通信基板24とのインターフェイスを行う回路を搭載している。
The detection printed
コントロール・通信基板24は、CPUやメモリ等、センサ基板20のライン読み出し走査やフレーム周期と同期を持たない信号を扱う回路が搭載された構成で、外部回路との通信及び、光電変換装置全般の制御を行うものである。このコントロール・通信基板24の詳細については後述する。
The control /
バックライトユニット18は、LED、光導光板、光拡散板より構成される。
The
LEDの点燈・消灯は、コントロール・通信基板24により制御される。
The turning on / off of the LED is controlled by the control /
上記構成の2次元イメージセンサは、図5に示すように、駆動プリント基板21および検出プリント基板26がバックライトユニット18のセンサ基板20とは反対側の面に入り込むようにして設けられている。この場合、駆動IC19および検出IC25は断面略コの字状に形成されている。このような構成にすることで、2次元イメージセンサの小型化を図っている。
As shown in FIG. 5, the two-dimensional image sensor having the above configuration is provided such that the drive printed
また、上記の2次元イメージセンサにおいては、センサ部分となるセンサ基板の所定の領域に、透明な保護膜3が形成され、該センサ基板20表面が保護されるようになっている。
Further, in the above two-dimensional image sensor, a transparent
ここで、上記構成のフォトセンサの一般的な動作について、図1を中心に以下に説明する。図1は、1画素に対応するフォトセンサの概略ブロック図を示す図である。 Here, a general operation of the photosensor having the above configuration will be described below with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic block diagram of a photosensor corresponding to one pixel.
上述のように、図2に示すTFTからなるフォトトランジスタ7には、絶縁性基板9側のバックライトユニット18から照射光2が照射され、この照射光2が開口部6を透過し、原稿1に反射して、コンタクト層となるシリコン層4に照射される。
As described above, the
そして、フォトトランジスタ7は、ボトムゲート電極11に印加する電圧を制御することにより、導通状態と非導通状態を制御することができる。例えば、フォトトランジスタ7のボトムゲート電極11に正電圧を印加すると、半導体層12にnチャンネルが形成され、ここで、ソース電極10−ドレイン電極15間に正電圧を印加すると、ソース電極10側から電子が供給されて、電流が流れる。
The
また、図3の曲線I1に示すように、非導通状態(ゲート電極に負電圧を印加した状態)での光照射時には、半導体層12に光電流が誘起され、ソース電極10−ドレイン電極15間に、照射光により誘起された電子正孔の数、すなわち照射光の光量に応じたドレイン電流が流れる。また、光無照射時には、図3の曲線I2で示すように、ドレイン電流は極めて小さく、例えば、10-14A(アンペア)程度にすることができる。
Further, as shown by a curve I1 in FIG. 3, a photocurrent is induced in the
その結果、上記のフォトトランジスタ7は、光照射時のドレイン電流(I1)と光無照射時のドレイン電流(I2)の差を大きく取ることができる。
As a result, the
また、所定の電荷を補助容量17に充電し、この電荷を光照射時のドレイン電流と、光無照射のドレイン電流で所定の時間放出し、放出後に補助容量に残った電荷を検出IC25で検出することにより、その差をより大きく取る事ができ、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を得ることができる。
In addition, the
上記検出IC25は、図1に示すように、内部に、積分アンプ33、ローパスフィルタ34、増幅アンプ35、サンプルホールド回路36等を、該検出IC25が検出するライン数分(例えば数百ライン)備え、サンプルホールド回路36の後段に、アナログマルチプレクサ37と、A/D(アナログ/デジタル)変換回路38とを、1つずつ備えている。
As shown in FIG. 1, the
また、この検出IC25では、各構成回路のオフセット及びノイズを除去するために、二重相関サンプリングを行うようになっている。
The
このような構成の検出IC25において、データライン23を通って検出IC25に入力した補助容量17の電荷は、まず、負入力として積分アンプ33に入力され、これにて、積分アンプ33からは、入力した電荷に比例した電位が出力される。また、積分アンプ33の正入力には、基準電圧(Vref)32が接続されている。
In the
上記積分アンプ33の出力は、ノイズを低減するために設けられたローパスフィルタ34を通って増幅アンプ35に入力し、所定倍に増幅されて出力される。
The output of the
そして、増幅アンプ35の出力は、サンプルホールド回路36に入力して一旦保持され、保持された値は、アナログマルチプレクサ37の複数入力の1入力に出力される。
The output of the
アナログマルチプレクサ37の出力は、次段のA/D変換回路38に入力され、該A/D変換回路38にて、アナログデータからデジタルデータに変換され、画像データとして、コントロール・通信基板24に出力される。
The output of the
また、上記積分アンプ33には、リセットスイッチ30が設けられており、該
リセットスイッチ30は、検出IC25のコントロール部31の出力により制御される。このコントロール部31は、検出IC25の制御、及び検出プリント基板26とのインターフェイスを行うものである。
Further, the
また、上記構成のフォトトランジスタ7は、ゲート電極11(以下、ゲートGと称する)に接続されたゲートライン22を介して駆動IC19に接続されている。この駆動IC19は、上記ゲートGにゲート電圧を印加するためのICであり、コントロール・通信基板24に接続されている。
The
上記コントロール・通信基板24は、上記駆動IC19を駆動制御するための基板であり、ゲートGに印加すべき電圧値を生成するための電圧制御部(ゲート電圧生成部)101と、本画像読取装置における読取スピードを切り替えるための読取スピード切替信号を生成する読取スピード切替信号生成部102と、本画像読取装置における読取モードを切り替えるためのモード切替信号を生成するためのモード切替信号生成部103とを含んでいる。
The control /
上記読取スピード切替信号生成部102は、本画像読取装置が判断した読取スピード(原稿の予備走査か本走査かを判断した結果を示す信号)を読取スピード切替え信号として生成するようになっている。なお、画像読取装置が読取スピードを判断するのではなく、該画像読取装置に設けられた操作パネル(図示せず)から読取スピードを入力するようにしてもよい。
The reading speed switching
上記モード切替信号生成部103は、本画像読取装置が判断したモード(原稿が白黒原稿であるかカラー原稿であるかを判断したモード)をモード切替信号として生成するようになっている。なお、画像読取装置がモードを判断するのではなく、該画像読取装置に設けられた操作パネル(図示せず)からモードを入力するようにしてもよい。 The mode switching signal generation unit 103 generates a mode determined by the image reading apparatus (a mode in which it is determined whether the document is a monochrome document or a color document) as a mode switching signal. Instead of the mode being determined by the image reading apparatus, the mode may be input from an operation panel (not shown) provided in the image reading apparatus.
上記電圧制御部101は、上記読取スピード切替信号生成部102にて生成された読取スピード切替信号と、上記モード切替信号生成部103にて生成されたモード切替信号とに基づいて、上記フォトトランジスタ7の感度が最大となるゲート電圧値を生成し、上記駆動IC19を介して該フォトトランジスタ7のゲートGに印加するようになっている。
Based on the reading speed switching signal generated by the reading speed switching
この電圧制御部101では、入力される読取スピード切替信号とモード切替信号と、予め読取スピードおよびモードとフォトトランジスタ7の感度が最大となるゲート電圧との関係から、該フォトトランジスタ7の感度が最大となるゲートゲート電圧を導くようになっている。具体的には、予め読取スピードおよびモードとフォトトランジスタ7の感度が最大となるゲート電圧との関係をテーブル化し、入力された読取スピード切替信号とモード切替信号からゲート電圧を求めるようにしている。
In this
本実施の形態の一例では、図17〜図19に示す感度特性結果からフォトトランジスタ7の感度が最大となるゲート電圧として、下記に示す2種類の条件においてそれぞれVgl=High、Vgl=Lowとして設定した。
In an example of the present embodiment, the gate voltage that maximizes the sensitivity of the
(1)読取スピードが6フレーム/秒のとき:Vgl=−7V(High)
(2)読取スピードが3フレーム/秒のとき:Vgl=−11.5V(Loe)
すなわち、電圧制御部101は、必要に応じてゲート電圧VglをHighまたはLowを選択して、駆動IC19に伝送するようになっている。
(1) When the reading speed is 6 frames / second: Vgl = −7 V (High)
(2) When the reading speed is 3 frames / second: Vgl = −11.5 V (Loe)
That is, the
なお、図1では、説明の便宜上、コントロール・通信基板24が駆動IC19を直接制御しているように記載しているが、実際には、図4に示すように、コントロール・通信基板24は、駆動プリント基板21を介して駆動IC19を制御している。
In FIG. 1, for convenience of explanation, it is described that the control /
また、上記構成のフォトセンサは、図1に示すように、補助容量17のTFTドレインと反対側の電極を、基準電圧32とは別の電圧(CS電極駆動電圧40)で駆動するようになっている。なお、図1に示す基準電圧32は一定の電圧であり、CS電極駆動電圧40は2値の電圧である。
Further, as shown in FIG. 1, the photosensor having the above configuration drives the electrode on the side opposite to the TFT drain of the
ここで、上記構成のフォトセンサの動作について図6のタイミングチャートを参照しながら以下に説明する。 Here, the operation of the photosensor having the above configuration will be described below with reference to the timing chart of FIG.
次に、時間を追って、上記構成のフォトセンサの各部の動作を説明する。図6は、本フォトセンサにおける各部のタイムチャートを示している。なお、このタイムチャートでは、説明の便宜上、区間1の時間t1以前に補助容量17には電荷は存在しないものとする。
Next, the operation of each part of the photosensor having the above configuration will be described with time. FIG. 6 shows a time chart of each part in the photosensor. In this time chart, for the sake of convenience of explanation, it is assumed that there is no charge in the
(1)区間1の時間t1〜t5
区間1の時間t1で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオンからオフされ、積分アンプ33のリセットが解除される。時間t2でゲート駆動信号がオンされ、TFT7がオンすると、ゲートからドレインDとソースSヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷(正孔)により、積分アンプ33の出力は下降する。フィードスルー現象は、TFT7では、ゲートGとドレインDとの間、及びゲートGとソースSとの間に、ゲートGとオーバーラップする部分があり、該オーバラップ部分に寄生容量が存在しているために起こる(図1参照)。
(1) Time t1 to t5 of
At time t1 in
積分アンプ33の波形が、時間t2以降において、時間t1時よりも値W1下降しているのは、上述のフィードスルー現象の影響である。また、このとき、積分アンプ33の出力は、センサ基板20のデータライン23の時定数により、立ち下がりが遅れることとなる。
The waveform of the integrating
積分アンプ33の出力が入力されるローパスフィルタ34の出力は、時間t2より、積分アンプ33の出力値に向かって時定数を持って下降していく。この下降は、最終的に値W1になる。
The output of the low-
ローパスフィルタ34の出力が入力される増幅アンプ35の出力は、積分アンプの出力値×G(ゲイン)に向かって下降していく。この下降は最終的に値W1×Gになり、この値を時間t3でサンプルホールドする。このサンプリングされた値がTFT7の寄生容量及び、補助容量からのフィードスルー信号成分である。
The output of the
次いで、時間t4で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオフからオンされると、積分アンプ33の帰還容量39がショートされ、積分アンプ33の出力は、基準電圧(Vref)になる。この為、ローパスフィルタ34および増幅アンプ35の出力もVrefになる。
Next, when the
時間t5でCS電極駆動電圧がオンされると、補助容量より電荷(正孔)がTFT7のドレインDに流れ込んでくるが、積分アンプ33がリセットされているため、この電荷は消滅する。
When the CS electrode drive voltage is turned on at time t5, charges (holes) flow from the auxiliary capacitor into the drain D of the
(2)区間1の時間t6〜t7
時間t6でゲート駆動信号がオフされると、TFT7の主にゲートとソースSとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、積分アンプ33の帰還容量39に流れ込むが、積分アンプ33はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、TFT7の主にゲートとドレインDとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、補助容量17に流れ込みTFTドレイン電圧は、W2だけ下降する。
(2) Time t6 to t7 in
When the gate drive signal is turned off at time t6, charges (electrons) flow into the
次いで、時間t7でCS電極駆動電圧がオフされると、補助容量17より電荷(電子)がTFT7のドレインDに流れ込んでくる。この電荷により、積分アンプ33の出力は、値W3まで下降する。
Next, when the CS electrode drive voltage is turned off at
この時、TFT7に光が照射されると、光電流により、補助容量17の電荷は、TFT7のソースS側に流れ、それに伴ってTFTドレイン電圧は上昇する(区間1のt7〜区間2のt2)。また、光が照射されないTFT7では、光電流が発生しないため、補助容量の17の電荷は保持され、TFTドレイン電圧も変化しない。
At this time, when the
さらに、光が照射されている画素ときのTFT7のゲートGには、2種類のゲート電圧(Vgl=HighとVgl=Low)が選択的に印加されるようになっている。この場合、図6から、TFTのドレイン電圧は、ゲート電圧Vgl=Highを印加したときのほうが、ゲート電圧Vgl=Lowを印加したときよりも上昇していることが分かる。
Furthermore, two types of gate voltages (Vgl = High and Vgl = Low) are selectively applied to the gate G of the
(3)区間2の時間t1〜t4
区間2の時間t1で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオンからオフされ、積分アンプ33のリセットが解除される。時間t2でゲート駆動信号がオンされ、TFT7がオンすると、ゲートからドレインDとソースSヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷(正孔)により、積分アンプ33の出力は下降する。このとき、区間1の時間t6およびt7で、補助容量17に注入された電荷(電子)もソースS側へ流れ、積分アンプ33の出力は上昇する。この時の電荷量は、TFTへの光の照射の状況により異なる。
(3) Time t1 to t4 of
At time t1 in
図6においては、完全に光が当たるTFT(画素)と当たらないTFTの場合を示している。この電荷量の違いにより、光が当たっていたTFTの積分アンプの出力と、光が当たっていないTFTの積分アンプの出力にはW4(t3)の差が出る。この下降は、最終的に値W4×Gになり、この値を時間t3でサンプルホールドする。このサンプルホールドされた値が、光が照射された画素と、照射されていない画素の検出値の差となる。 FIG. 6 shows a TFT (pixel) that is completely exposed to light and a TFT that is not irradiated. Due to the difference in the amount of charge, a difference of W4 (t3) is produced between the output of the integrating amplifier of the TFT that was exposed to light and the output of the integrating amplifier of the TFT that was not exposed to light. This decrease finally becomes the value W4 × G, and this value is sampled and held at time t3. This sampled and held value is the difference between the detection value of the pixel irradiated with light and the pixel not irradiated.
次に、時間t4で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオフからオンされると、積分アンプ33の帰還容量39がショートされ、積分アンプ33の出力は、基準電圧(Vref)になる。この為、ローパスフィルタ34および増幅アンプ35の出力もVrefになる。
Next, when the
続いて、時間t5でCS電極駆動電圧がオンされると、補助容量17より電荷(正孔)がTFT7のドレインに流れ込んでくるが、積分アンプ33がリセットされているため、この電荷は消滅する。
Subsequently, when the CS electrode drive voltage is turned on at time t5, charges (holes) flow from the
(2)区間2の時間t6〜t7
時間t6でゲート駆動信号がオフされると、TFT7の主にゲートとソースSとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、積分アンプ33の帰還容量39に流れ込むが、積分アンプ33はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、TFT7の主にゲートとドレインDとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、補助容量17に流れ込みTFTドレイン電圧は、W2だけ下降する。
(2) Time t6 to t7 in
When the gate drive signal is turned off at time t6, charges (electrons) flow into the
次に、時間t7でCS電極駆動電圧がオフされると、補助容量より電荷(電子)がTFT7のドレインに流れ込んでくる。この電荷により、積分アンプ33の出力は、値W3まで下降する。この時TFT7に光が所定の時間照射されると、光電流により、補助容量17の電荷は、TFT7のソース側に流れ、それに伴ってTFTドレイン電圧は上昇する(区間2のt7〜)。また、光が照射されないTFT7では、光電流が発生しないため、補助容量の17の電荷は保持され、TFTドレイン電圧も変化しない。
Next, when the CS electrode drive voltage is turned off at time t7, charges (electrons) flow into the drain of the
以上のように、区間1から区間2の動作を1回行うことにより区間2の時間t3において光電変換量を1回検出することが出来る。また、区間1から区間2の動作を繰り返すことにより、上記検出動作が繰り返され、区間1,2の時間t3において、光電変換量を連続して検出する事が出来る。
As described above, the amount of photoelectric conversion can be detected once at time t3 in
上記構成の光電変換装置を備えた2次元イメージセンサにおける他の検出動作について、図7および図8を用いて説明する。図7は、2次元イメージセンサの動作の流れを示すフローチャートである。 Another detection operation in the two-dimensional image sensor including the photoelectric conversion device having the above configuration will be described with reference to FIGS. FIG. 7 is a flowchart showing a flow of operations of the two-dimensional image sensor.
この図に示すように、2次元イメージセンサの動作は、全ての画素における補助容量17に所定の電荷を充電(一括充電)する一括充電期間(ステップS1〜S4)と、バックライトユニット18から光を照射する光照射期間(ステップS5)と、各画素の画像情報を取得するスキャン期間(ステップS6〜17)とからなる。
As shown in this figure, the operation of the two-dimensional image sensor is performed by a batch charging period (steps S1 to S4) in which a predetermined charge is charged (batch charging) in the
図8は、図1に示した2次元イメージセンサの動作を示すタイミングチャートである。なお、図8では、1フレーム期間にスキャンするライン数(行数)が512本の場合の例を示している。 FIG. 8 is a timing chart showing the operation of the two-dimensional image sensor shown in FIG. FIG. 8 shows an example in which the number of lines (number of rows) scanned in one frame period is 512.
また、図8では、スキャン期間が時間t1〜t5、一括充電期間が時間t5〜t9、光照射期間がt9〜t1(次のフレーム期間において1行目のスキャンを開始する時間t1)のタイミングでそれぞれ行われるものとしている。ここで、時間t5〜t9において行われる一括充電は、次のフレームにおいてスキャン処理を行うためになされるものである。すなわち、時間t1〜t5におけるスキャン処理が行われる前には、その前のフレーム期間において一括充電がなされているものとする。ただし、以下の説明では、説明の便宜上、一括充電期間(時間t6)から動作を開始するものとして説明する。 In FIG. 8, the scan period is from time t1 to t5, the collective charge period is from time t5 to t9, and the light irradiation period is from t9 to t1 (time t1 at which scanning of the first row starts in the next frame period). Each is supposed to be done. Here, the collective charging performed at times t5 to t9 is performed in order to perform a scanning process in the next frame. In other words, it is assumed that collective charging is performed in the previous frame period before the scan processing at time t1 to t5 is performed. However, in the following description, for convenience of explanation, it is assumed that the operation starts from the collective charging period (time t6).
(1)一括充電期間
まず、時間t6(図8参照)で、コントロール・通信基板24が、全ての画素におけるTFT7をオンにする。すなわち、コントロール・通信基板24からの指示に基づいて、駆動IC19が全てのTFT7に対するゲート駆動信号をオンにする(ステップS1(図7参照))。
(1) Batch Charging Period First, at time t6 (see FIG. 8), the control /
なお、この際、積分アンプ33のリセットスイッチ30がオンとなっているものとする。したがって、TFT7がオンになることによって、ボトムゲート電極11からドレインDとソースSヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じるが、TFTドレイン電圧は基準電圧Vrefになる。
At this time, it is assumed that the
ここで、全てのゲート駆動信号をオンにするための方法について、以下に説明する。図9は、駆動IC19に搭載されるゲートドライバの概略回路図を示している。なお、この図では、256出力構成の場合を示しているが、より多くのゲート(ゲートライン)の駆動を行う場合には、複数のゲートドライバを、カスケード接続して駆動すればよい。
Here, a method for turning on all the gate drive signals will be described below. FIG. 9 shows a schematic circuit diagram of a gate driver mounted on the driving
図9に示したゲートドライバは、カスケード接続された複数のD-TYPEのフリップフロップからなるシフトレジスタ51と、フリップフロップと同数のANDゲート52とからなる。なお、図9におけるシフトレジスタ51は、D-TYPEのフリップフロップを用いているが、これに限らず、他のタイプのフリップフロップを用いてもよい。
The gate driver shown in FIG. 9 includes a
OE端子(ローアクティブ)はゲートドライバ出力(OG1〜OG256)の出力制御を行うものであり、OE端子がハイの場合には、全出力はローレベルに保たれるようになっている。OE端子からの出力イネーブル信号は各ANDゲート52の一方の入力端子に入力され、シフトレジスタ51における各段のフリップフロップの出力端子Qからの出力信号はそれぞれ対応するANDゲート52の他方の入力端子に入力される。
The OE terminal (low active) controls the output of the gate driver outputs (OG1 to OG256). When the OE terminal is high, all outputs are kept at a low level. The output enable signal from the OE terminal is input to one input terminal of each AND
図10(a)および図10(b)は、図9に示したゲートドライバによって、全ての出力線を同時にオンにする方法を説明するためのタイミング図であり、2つの方式(方式Aおよび方式B)を示している。 FIGS. 10A and 10B are timing charts for explaining a method of simultaneously turning on all output lines by the gate driver shown in FIG. 9, and shows two methods (method A and method). B).
図10(a)に示した方式Aは、スタートパルス(STPL)及び、シフトクロック(CLOCK)を入力することによって全ての出力を同時に駆動する方法である。 The method A shown in FIG. 10A is a method of driving all outputs simultaneously by inputting a start pulse (STPL) and a shift clock (CLOCK).
方式Aでは、期間ta1〜ta4で全てのシフトレジスタ51の出力(OG1i〜OG256i)がオンされる。そして、期間ta2からta3で、OE端子がローとされることにより、シフトレジスタ51の各出力(OG1i〜OG256i)が出力端子(OG1〜OG256)へ出力される。この方式では、図9のフリップフロップのPRESET端子、CLEAR端子が不要であるので、シフトレジスタ51の回路構成が簡単になる。
In the method A, the outputs (OG1i to OG256i) of all the shift registers 51 are turned on in the periods ta1 to ta4. Then, during the period ta2 to ta3, the OE terminal is set to low, so that the outputs (OG1i to OG256i) of the
図10(b)に示した方式Bは、シフトレジスタ51のPRESET端子をオンとすることにより、期間tb1〜tb4でシフトレジスタ51の各出力(OG1i〜OG256i)をオンにさせる。そして、期間tb2らtb3でOE端子がローとされることにより、シフトレジスタ51の各出力(OG1i〜OG256i)が出力端子(OG1〜OG256)へ出力される。この方式では、CLOCKによる制御がないので、全てのゲート駆動信号をオンにするのに要する時間を方式Aに比べて短くすることができる。
In the method B shown in FIG. 10B, the outputs (OG1i to OG256i) of the
これらの方式Aまたは方式Bのいずれかの方法により、全てのゲート駆動信号をオンにすることが可能である。 All of the gate drive signals can be turned on by either method A or method B.
次に、時間t7で、コントロール・通信基板24は、CS電極駆動電圧をオン(Vcs)にする(CS電極駆動信号をオンにする)(ステップS2)。これにより、補助容量17より電荷(正孔)がTFT7のドレインに流れ込むが、積分アンプ33がリセットされているため、この電荷は消滅する。
Next, at time t7, the control /
次に、時間t8で、コントロール・通信基板24は、全ての画素におけるTFT7をオフにする。すなわち、コントロール・通信基板24からの指示に基づいて、駆動IC19が全てのTFT7に対するゲート駆動信号をオフにする(ステップS3)。これにより、TFT7の主にゲートとソースSとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が積分アンプ33の帰還容量39に流れ込むが、積分アンプ33はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。
また、TFT7の主に、ゲートとドレインDとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が補助容量17に流れ込む。これにより、TFTドレイン電圧はW1だけ下降する。
Next, at time t8, the control /
Further, charge (electrons) flows into the
次に、時間t9で、コントロール・通信基板24は、CS電極駆動電圧をオフ(V0)にする(CS電極駆動信号をオフにする)(ステップS4)。CS電極駆動電圧Vcsがオフされると、TFTのドレイン電圧はTFTがオフされて非導通になっているため、CS電極駆動電圧40のオン−オフ電圧の差に相当する分(値W2)だけ下降する。これにより、全ての画素における補助容量17に所定量の電荷が充填(一括充電)される。
Next, at time t9, the control /
(2)光照射期間
次に、時間t9から次のフレーム期間において1行目のゲートラインに対するスキャンを開始する時間t1まで、コントロール・通信基板24は、バックライトユニット18を制御して光を照射させる(ステップS5)。上記したように、バックライトユニット18から照射された光は、センサ基板20における開口部6を介して原稿に照射される。そして、原稿によって反射された光は、TFT7に照射される。これにより、TFT7をオフにした状態で、TFT7に所定の期間だけ原稿からの反射光が照射されることになる。
(2) Light Irradiation Period Next, the control /
この結果、原稿によって反射された光が照射されたTFT7では、ソース・ドレイン電極間を光電流が流れる。これにより、補助容量17の電荷は、TFT7のソース側に流れ、それに伴ってTFTドレイン電圧は上昇する。
As a result, in the
一方、光が照射されないTFT7では、光電流が発生しないため、補助容量17の電荷量は保持され、TFTドレイン電圧も変化しない。
On the other hand, since no photocurrent is generated in the
(3)スキャン期間
次に、各画素の画像情報を取得するスキャン期間に移行する。なお、スキャン処理は、ライン毎に順次行われる。すなわち、1行目から、最終行(例えば512行)まで、順次、同様のスキャン処理が行われる。
(3) Scan period Next, the process proceeds to a scan period in which image information of each pixel is acquired. The scan process is sequentially performed for each line. That is, the same scanning process is sequentially performed from the first line to the last line (for example, 512 lines).
まず、時間t1で、コントロール・通信基板24が、スキャンを行うラインにおける各画素の積分アンプ33のリセットスイッチ30をオンからオフに切り替え、積分アンプ33のリセットを解除する(ステップS6)。
First, at time t1, the control /
次に、時間t2で、コントロール・通信基板24は、駆動IC19を制御して、スキャンを行うラインにおける各画素のゲート駆動信号をオンにする(ステップS7)。すなわち、スキャンを行うTFT7をオンにする。
Next, at time t2, the control /
ここで、ゲート駆動信号がオンされ、TFT7がオンすると、ゲートGからドレインDとソースSヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、電荷(正孔)が漏れ込む。このとき、補助容量17に注入された電荷(電子)もソースS側へ流れ、積分アンプ33の出力は上昇する。
Here, when the gate drive signal is turned on and the
なお、この時ソースS側へ流れる電荷量は、TFT7への光の照射の状況により異なる。すなわち、TFT7は、照射された光量に応じて抵抗値が変化する光検出素子であるため、原稿からの反射光が当たるTFT7(画素)と、原稿からの反射光が当たらないTFT7(画素)では、ソースS側へ流れる電荷量が異なる。また、このようにしてソースS側へ流れた電荷は、積分アンプ33の負入力へ入力される。
At this time, the amount of charge flowing to the source S side varies depending on the state of light irradiation to the
次に、時間t3で、入力された電荷量に比例する電圧が積分アンプ33から出力される(ステップS8)。 Next, at time t3, a voltage proportional to the input charge amount is output from the integrating amplifier 33 (step S8).
なお、図8におけるTFTドレイン(TFT7のドレインD)の電圧、積分アンプ33の出力、ローパスフィルタ34の出力、増幅アンプ35の出力では、完全に光が当たるTFT7と光が当たらないTFT7の場合とを示している。そして、図8に示したように、光が当たるTFT7の積分アンプ33の出力と、光が当たらないTFT7の積分アンプ33の出力には、時間t3においてW3の差が生じる。
It should be noted that in the case of the
また、時間t3では、積分アンプ33から出力された値(信号)が、ローパスフィルタ34を介して増幅アンプ35に入力され、所定のゲインgを掛けられ、増幅される(ステップS9)。すなわち、増幅アンプ35において、上記の差W3にゲインgを掛けることによりW3×gの出力が得られる。この増幅後の電荷量の差が、光が照射された画素と、照射されていない画素の検出値の差となる。
At time t3, the value (signal) output from the integrating
また、時間t3では、増幅アンプ35で増幅された値が、サンプルホールド回路36に送られ、一旦保持(サンプルホールド)される(ステップS10)。
At time t3, the value amplified by the
次に、時間t4で、コントロール・通信基板24は、積分アンプ33のリセットスイッチ30をオフからオンに切り替える(ステップS11)。これにより、積分アンプ33の帰還容量39がショートされ、積分アンプ33の出力は、基準電圧Vrefになる。したがって、ローパスフィルタ34および増幅アンプ35の出力も基準電圧Vrefになる。
Next, at time t4, the control /
次に、時間t5で、コントロール・通信基板24は、駆動IC19を制御してゲート駆動信号をオフとさせ、TFT7をオフにさせる(ステップS12)。これにより、TFT7の主にゲートGとソースSとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が積分アンプ33の帰還容量39に流れ込むが、積分アンプ33はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、TFT7の主にゲートGとドレインDとの間の寄生容量によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が補助容量17に流れ込みTFTドレイン電圧はW1だけ下降する。
Next, at time t5, the control /
次に、コントロール・通信基板24は、全てのラインに対して、ステップS6〜S12までの処理を行ったか否かを判断する(ステップS13)。
そして、上記の処理を行っていないラインが残っている場合には、残っているラインに対してステップS6〜S12の処理を行う。
Next, the control /
And when the line which has not performed said process remains, the process of step S6-S12 is performed with respect to the remaining line.
一方、全てのラインについてS6〜S12の処理を終えた場合には、コントロール・通信基板24は、サンプルホールド回路36にサンプルホールドしている値を、アナログマルチプレクサ37の複数入力の各入力に出力させる(ステップS14)。
On the other hand, when the processing of S6 to S12 is completed for all the lines, the control /
そして、アナログマルチプレクサ37に入力された値は、A/D変換回路38に出力され、A/D変換回路38にて、アナログデータからデジタルデータに変換されて画像データとされる(ステップS15)。
The value input to the
また、A/D変換回路38によって生成された画像データは、コントロール部31および検出プリント基板26を介してコントロール・通信基板24に出力される(ステップS16)。
The image data generated by the A /
次に、コントロール・通信基板24は、全てのフレームのスキャンを完了したか否かを判断する(ステップS17)。そして、スキャンを行っていないフレームが残っている場合には、次のフレームについて、ステップS1からの処理を行う。一方、全てのフレームのスキャンを完了した場合には、コントロール・通信基板24は、動作を終了する。
Next, the control /
以上のように、一括充電期間、光照射期間、スキャン期間を1回(1サイクル)行うことにより、各画素における光電変換量を1回検出することができる。また、一括充電期間、光照射期間、スキャン期間からなるサイクルを繰り返すことにより、各サイクルのスキャン期間における時間t3において各画素における光電変換量を連続して検出する事が可能となる。 As described above, the photoelectric conversion amount in each pixel can be detected once by performing the collective charging period, the light irradiation period, and the scanning period once (one cycle). In addition, by repeating a cycle including a batch charging period, a light irradiation period, and a scanning period, it is possible to continuously detect the photoelectric conversion amount in each pixel at time t3 in the scanning period of each cycle.
また、2次元イメージセンサでは、TFT7にフォトセンサ機能と画素選択機能とを持たせている。
これにより、フォトセンサ部(センサ基板20)を小さくし、画素を高密度化させることができ、かつ、構造が簡単なフォトセンサを実現できる。
In the two-dimensional image sensor, the
As a result, the photosensor portion (sensor substrate 20) can be made smaller, the pixels can be densified, and a photosensor with a simple structure can be realized.
また、2次元イメージセンサでは、補助容量17に所定量の電荷を充填しておき、この補助容量17に充填した電荷が、光電流として所定の時間流出した後、補助容量17に蓄積されている電荷を差分することによって得られる電荷量を、光電変換量として検出している。
In the two-dimensional image sensor, the
このため、光照射時に生じた光電流そのものを検出する場合に比べて、ダイナミックレンジの大きな光電変換装置を実現することができる。 Therefore, it is possible to realize a photoelectric conversion device having a large dynamic range as compared with the case where the photocurrent itself generated at the time of light irradiation is detected.
また、2次元イメージセンサでは、CS電極駆動電圧Vcsを用いることにより、補助容量17に所定量の電荷を一括充電することが可能となっている。
Further, in the two-dimensional image sensor, it is possible to charge a predetermined amount of charge to the
これにより、複雑な構造を必要とせず、単純なタイミング制御で各画素における補助容量17への電荷の充填(充電)を行うことができ、かつ、ダイナミックレンジの大きなフォトセンサを実現できる。
As a result, a complicated structure is not required, the
ここでも、前述のように、光が照射されている画素ときのTFT7のゲートGには、2種類のゲート電圧(Vgl=HighとVgl=Low)が選択的に印加されるようになっている。この場合、図8から、TFTのドレイン電圧は、ゲート電圧Vgl=Highを印加したときのほうが、ゲート電圧Vgl=Lowを印加したときよりも上昇していることが分かる。
Also here, as described above, two types of gate voltages (Vgl = High and Vgl = Low) are selectively applied to the gate G of the
ここで、上記構成のフォトセンサのあらに別の動作について図11のタイミングチャートを参照しながら以下に説明する。なお、図11に示すタイミングチャートは、上述した図6に示すタイミングチャートとほぼ同じであるが、区間(2)における積分アンプの出力、ローパスフィルタの出力、増幅アンプの出力の極性が逆になっている点で異なる。 Here, another operation of the photosensor configured as described above will be described below with reference to the timing chart of FIG. The timing chart shown in FIG. 11 is almost the same as the timing chart shown in FIG. 6 described above, but the polarities of the output of the integrating amplifier, the output of the low-pass filter, and the output of the amplification amplifier in the section (2) are reversed. Is different.
すなわち、図11は、本装置における各部のタイムチャートを波形A〜Hによって示している。ここで本タイムチャートでは、繰り返し簡易な方法で光電変換量を求めることができることを説明するため、また動作と動作の繋がりをわかり易く説明するために2回の動作を区間を分けて説明する。 That is, FIG. 11 shows the time chart of each part in this apparatus by the waveforms AH. Here, in this time chart, in order to explain that the photoelectric conversion amount can be obtained by a simple and repetitive method, and in order to explain the connection between the operation and the operation in an easy-to-understand manner, the two operations will be described separately in sections.
なお、このタイムチャートでは、説明する便宜上、区間1の時間t1以前に補助容量17には電荷は存在しないとし、また波形DのCS電極駆動電圧をV2、波形EのTFT7のドレイン電圧をVrefにしている。
(1)区間1の時間t1〜t3
波形Bに示すように、区間1の時間t1で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオンからオフされ、積分アンプ33のリセットが解除される。
In this time chart, for convenience of explanation, it is assumed that there is no charge in the
(1) Time t1 to t3 in
As shown in the waveform B, the
波形Cに示すように、時間t2でゲート駆動信号がオンされ、TFT7がオンすると、ゲートからドレインDとソースSヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷(正孔)により、波形Fに示すように積分アンプ33の出力は下降する。フィードスルー現象は、TFT7では、ゲートとドレインDとの間、及びゲートとソースSとの間に、ゲートとオーバーラップする部分(図4参照)があり、該オーバーラップ部分に寄生容量41が存在しているために起こる。
As shown in the waveform C, when the gate drive signal is turned on at time t2 and the
波形Fに示すように、積分アンプ33の出力が、時間t3で時間t1時よりも値W1下降しているのは、フィードスルー現象の影響である。また、このとき、積分アンプ33の出力は、センサ基板20のデータライン23の時定数により、立ち下がりが遅れることとなる。
As indicated by the waveform F, the output of the integrating
波形Gに示すように、積分アンプ33の出力が入力されるローパスフィルタ34の出力は、時間t2から積分アンプ33の出力値に向かって時定数を持って下降していく。この下降幅は、最終的に値W1になる。
As shown by the waveform G, the output of the low-
波形Hに示すように、ローパスフィルタ34の出力が入力される増幅アンプ35の出力は、積分アンプ33の出力値×G(ゲイン)に向かって下降していく。この下降幅は最終的に値W1×Gになり、この値を時間t3(波形Aに示すサンプルホールド信号におけるパルス出力のタイミング)でサンプルホールドする。この値W1×Gがフィードスルー信号成分である。このように区間1においてもサンプルホールドすることとしたのは、回路の動作として、後述する区間2と同一のタイミングで動いていることを前提としているためである。
As shown by the waveform H, the output of the
また、波形Dに示すように、CS電極駆動電圧40は本実施例においては、2値の電圧(V2,V3)をとるがt1〜t3においては、V2の値をとる。V2とV3の関係は、V2>V3である。このV2、V3は、補助容量17の容量結合により、TFT7のドレインDと接続されており、TFT7のオフ時に、波形Dの時間t6に示すようにCS電極駆動電圧をV2からV3へ下降させると、波形Eの時間t6〜t1に示すようにTFTドレイン電圧も相対的にV2−V3の電位差分(W3)下降する。
As shown in the waveform D, the CS
なお、VrefとV2、V3との大小関係は、必ずしも、V2>Vref>V3であるとは限らない。これは、コンデンサによる容量結合なので、すなわち、V2とV3の電位差でVrefの電位差を作るので、補助容量への充電量、LSIの動作電圧などにより、大小関係が決まるからである。 Note that the magnitude relationship between Vref and V2 and V3 is not necessarily V2> Vref> V3. This is because this is capacitive coupling by a capacitor, that is, the potential difference of Vref is created by the potential difference between V2 and V3, and the magnitude relationship is determined by the amount of charge to the auxiliary capacitor, the operating voltage of the LSI, and the like.
(2)区間1の時間t4〜t6
波形Bに示すように、区間1の時間t4で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオフからオンされると、積分アンプ33の帰還容量39がショートされ、波形Fに示すように積分アンプ33の出力は、基準電圧(Vref)になる。この為、波形Gおよび波形Hに示すようにローパスフィルタ34および増幅アンプ35の出力もVrefになる。なお、波形Eに示すように、TFT7のドレイン電圧もVrefを維持する。
(2) Time t4 to t6 in
As shown in the waveform B, when the
また、時間t4以前に、ゲート駆動信号がオンの状態で、積分アンプ33が、その作用(仮想短絡)によって電荷を全て帰還容量39に引っ張ってくるから、補助容量17は、電荷が開放された状態(電圧vrefに対して電荷が0)となる。したがって、積分アンプ33および帰還容量39は、光の照射前に補助容量17の電荷を開放する開放手段として機能する。上記のようにTFT7のドレイン電圧がVrefになっているのは、TFT7のドレイン側で発生した電荷が積分アンプ33の帰還容量39に全て移動するからである。
Further, before the time t4, the
なお、積分アンプ33は、リセットスイッチ30がオン/オフによらず、入力端子上の電荷を、帰還容量に39に引っ張って来るように動作する。但し、帰還容量39の電荷を0にするには、リセットスイッチ30をオンする。
The integrating
また、説明の便宜上、区間1の時間t1以前に補助容量17には電荷は存在しないと仮定したが、上記のとおり、補助容量17に電荷が存在していたとしても、ゲート駆動信号がオンの状態で、時間t4にてリセットスイッチ30をオフからオンにすることによって、補助容量17の電荷を0にすることができる。
For convenience of explanation, it is assumed that there is no charge in the
波形Cに示すように、時間t5でTFT7のゲート駆動信号がオフされると、TFT7の主にゲートとソースSとの間の寄生容量41によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、積分アンプ33の帰還容量39に流れ込むが、波形Bに示すように積分アンプ33はリセット状態(オンの状態)のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。これに対して、TFT7の主にゲートとドレインDとの間の寄生容量41によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、補助容量17に流れ込み、波形Eに示すようにTFT7のドレイン電圧は、W2だけ下降する。また、ゲート駆動信号がオフ状態なので、補助容量17の電荷が積分アンプ33に引っ張られることもない。
As shown in the waveform C, when the gate drive signal of the
次いで、波形Dに示すように時間t6でCS電極駆動電圧40がV2から、V3に降圧されると、それに伴いドレインDの電位が、値W3下降する。
Next, as shown in the waveform D, when the CS
時間t6において、TFT7に光2がバックライトユニット18により所定の時間照射されると、光電流により、補助容量17に、TFT7のソースS側から電荷が流れ補助容量17に電荷が蓄積される。それに伴ってTFT7のドレイン電圧は上昇する(区間1のt6〜区間2のt1(波形Eの破線))。また、光2が照射されないTFT7では、光電流が発生しないため、補助容量17に電荷は流れ込まず、TFT7のドレイン電圧も変化しない(区間1のt6〜区間2のt1(波形Eの実線))。
At time t6, when the
上述の光電流による補助容量17への電荷の充電は、TFT7のドレイン側の電圧を、Vrefから変化させ、TFT7のソースS−ドレインD間に発生した電圧差により、TFT7の受光時のオフ抵抗を通して、補助容量17へ電荷を充電するようにしている。
The charge of the
上記V2−V3の電位差を大きくすれば、TFT7のドレインDとソースS間の電位差も大きくなり、光2が照射された場合に、TFT7を流れる電荷量を増やすことが出来る。これにより、光2が照射された画素と、光2が照射されない画素との充電量の差(充電差)をより大きく出来る。さらに、V2−V3の電位差を大きくする事により、光2が照射されない画素と、光2が照射される画素との一定量の充電差を作るのに要する光2の照射時間を短くする事が出来る。
When the potential difference between V2 and V3 is increased, the potential difference between the drain D and the source S of the
ここでも、前述のように、光が照射されている画素ときのTFT7のゲートGには、2種類のゲート電圧(Vgl=HighとVgl=Low)が選択的に印加されるようになっている。この場合、図11から、TFTのドレイン電圧は、ゲート電圧Vgl=Highを印加したときのほうが、ゲート電圧Vgl=Lowを印加したときよりも上昇していることが分かる。
Also here, as described above, two types of gate voltages (Vgl = High and Vgl = Low) are selectively applied to the gate G of the
(3)区間2の時間t1〜t3
波形Bに示すように、区間2の時間t1で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオンからオフされ、補助容量17に蓄積された電荷を帰還容量39に引っ張る前準備として積分アンプ33のリセットが解除される。また、CS電極駆動電圧がV3よりV2に昇圧されると、補助容量17の電圧は、値W3上昇する。
(3) Time t1 to t3 of
As shown in the waveform B, the
また、波形Cに示すように、時間t2でゲート駆動信号がオンされ、TFT7がオンすると、ゲートからドレインDとソースSヘ電荷が漏れ込むフィードスルー現象が生じ、漏れ込んできた電荷(正孔)により、波形Fに示すように、積分アンプ33の出力は下降する。このとき、区間1の時間t5、区間1のt6〜区間2のt1で補助容量17に注入された電荷(電子)もソースS側へ流れ、帰還容量39に引っ張られて蓄積される。
Further, as shown in the waveform C, when the gate drive signal is turned on at time t2 and the
この時間t2で、TFT7のドレイン電圧がVrefになり、次の光照射に備えて補助容量17の電荷が開放された状態となる。言い換えると、TFT7のドレイン電圧をVrefにするように、積分アンプ33が、補助容量17に蓄積された電荷(電子)を、全て帰還容量39に引っ張ってくる。
At this time t2, the drain voltage of the
ここで、時間t2〜t5における波形Fに示すように、光2が当たるTFT7(画素)と光2が当たらないTFT7(画素)とで、積分アンプ33の出力の下降幅が異なる。これは、区間1の時間t5、区間1のt6〜区間2のt1で補助容量17に注入された電荷量が、TFT7への光2の照射の状況により異なるためである。
Here, as indicated by the waveform F at times t2 to t5, the output decrease width of the integrating
具体的には、光2が当たらないTFT7の場合、フィードスルー現象に起因する電荷(t5での電子と、t2での正孔)のみが帰還容量39に引っ張られて蓄積されるのに対し、光2が当たるTFT7の場合、フィードスルー現象に起因する電荷(t5での電子と、t2での正孔)と、光電流によって補助容量17に注入された電荷(正孔)が合算され、帰還容量39に蓄積される電荷量に違いが生じる。
Specifically, in the case of the
この結果、波形Fの時間t2〜t5において実線にて、光2が当たらないTFT7に接続された積分アンプ33の出力を示すように、積分アンプ33の出力はVrefから僅かに下降するのに対し、破線にて光2が当たるTFT7に接続された積分アンプ33の出力を示すように、その出力はさらにW4下降する。すなわち、光2が当たっていたTFT7の積分アンプ33の出力と、光2が当たっていないTFT7の積分アンプ33の出力にはW4(t3)の差が出る。
As a result, the output of the integrating
なお、積分アンプ33は反転増幅回路なので、t6〜t1におけるTFT7のドレイン電圧の高い方(破線)の波形Eは、t2〜t5における積分アンプ33の出力では、出力の低い方(破線)の波形Fとなる。
Since the integrating
この下降は、波形Hに示すように最終的に、増幅アンプ35の出力として値W4×Gになり、この値を時間t3(波形Aに示すサンプルホールド信号におけるパルス出力のタイミング)でサンプルホールド回路36によりサンプルホールドする(光電変換量検出手段)。このサンプルホールドした値が、光2が照射された画素と、光2が照射されていない画素の検出値の差となる。この値をアナログマルチプレクサ37、A/D変換回路38、コントロール部31を介して光電変換量として出力する。
As shown in the waveform H, this fall finally becomes the value W4 × G as the output of the
ここでも、前述のように、光が照射されている画素ときのTFT7のゲートGには、2種類のゲート電圧(Vgl=HighとVgl=Low)が選択的に印加されるようになっている。この場合、図11から、TFTのドレイン電圧は、ゲート電圧Vgl=Highを印加したときのほうが、ゲート電圧Vgl=Lowを印加したときよりも上昇していることが分かる。
Also here, as described above, two types of gate voltages (Vgl = High and Vgl = Low) are selectively applied to the gate G of the
(4)区間2の時間t4〜t5
波形Bに示すように、区間2の時間t4で積分アンプ33のリセットスイッチ30がオフからオンされると、積分アンプ33の帰還容量39がショートされ、次の光照射に備えて帰還容量39の電荷を0にする。また、これに伴って、積分アンプ33の出力は、基準電圧(Vref)に復帰する。この為、波形G及び波形Hに示すようにローパスフィルタ34および増幅アンプ35の出力もVrefに復帰する。
(4) Time t4 to t5 of
As shown in the waveform B, when the
次に、波形Cに示すように、時間t5でゲート駆動信号がオフされると、TFT7の主にゲートとソースSとの間の寄生容量41によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、積分アンプ33の帰還容量39に流れ込むが、積分アンプ33はリセット状態のため、流れ込んで来た電荷は消滅する。
Next, as shown in the waveform C, when the gate drive signal is turned off at time t5, the charge (electrons) is integrated due to the feedthrough phenomenon due to the parasitic capacitance 41 mainly between the gate and the source S of the
これに対して、TFT7の主にゲートとドレインDとの間の寄生容量41によるフィードスルー現象により、電荷(電子)が、補助容量17に流れ込み、波形Eに示すように、TFTドレイン電圧は、W2だけ下降する。次いで、波形Dに示すように時間t6でCS電極駆動電圧がV2から、V3に降圧されると、それに伴いドレインDの電位が、W3の全体を下降する。
On the other hand, charge (electrons) flows into the
このように、補助容量17の電荷開放と帰還容量39のリセットが完了した時間t6において、TFT7に光2が所定の時間照射されると、光電流により、補助容量17に、TFT7のソースS側から電荷が流れ、それに伴ってTFT7のドレイン電圧は上昇する(区間2のt6〜(波形Eの破線))。また、光が照射されないTFT7では、光電流が発生しないため、補助容量17に電荷は流れ込まず、TFT7のドレイン電圧も変化しない(区間2のt6〜(波形Eの実線))。
In this way, at time t6 when the charge release of the
以上のように、区間1から区間2の動作を1回行うことにより、区間2の時間t3において光電変換量を1回検出することができる。また、実際の駆動においては区間2〜区間2の動作を繰り返すことにより、上記検出動作が繰り返され、時間t3において、光電変換量を連続して検出する事が出来る。
As described above, by performing the operation from the
上記構成のフォトセンサを用いた画像読取装置では、原稿の色、すなわちモノクロであるかカラーであるかを特に考慮して説明していないが、以下においては、原稿がカラーであるかモノクロであるかを判断し、それぞれの場合(カラーモード、モノクロモード)においてセンサの感度を最大にするような制御について説明する。 In the image reading apparatus using the photosensor having the above-described configuration, the color of the document, that is, whether it is monochrome or color is not specifically described. However, in the following, the document is color or monochrome. Control for maximizing the sensitivity of the sensor in each case (color mode, monochrome mode) will be described.
ここで、上記構成のフォトセンサを複合画像読取装置に適用した場合について説明する。すなわち、本実施の形態にかかる2次元イメージセンサ(本センサ)は、原稿(新聞や雑誌,名詞,写真,バーコード,2次元コード(QRコード(Quick Response code)等)など)の画像を取り込んで、デジタルの画像データとして外部の情報処理装置に出力する、小型(ハンディタイプ)のイメージセンサ(画像読取装置)である。 Here, a case where the photosensor having the above configuration is applied to a composite image reading apparatus will be described. That is, the two-dimensional image sensor (this sensor) according to the present embodiment captures an image of a manuscript (newspaper, magazine, noun, photograph, barcode, two-dimensional code (QR code (Quick Response code), etc.)). Thus, it is a small (handy type) image sensor (image reading device) that outputs digital image data to an external information processing device.
本センサでは、原稿の読み取りたい部分をセンサ基板(2次元の光検出アレイ)の表面に密着させる。そして、センサ基板の裏面に配されたバックライトの光を原稿に照射し、その反射光を、センサ基板にマトリクス状に形成された受光画素によって受光する。
このとき、センサ基板の各受光画素は、原稿画像における微小部分(各受光画素に対向する部分)からの反射光をそれぞれ受光し、微小部分に応じた画像データ(画素データ)を生成する。
In this sensor, a portion to be read of a document is brought into close contact with the surface of a sensor substrate (two-dimensional light detection array). Then, the light of the backlight disposed on the back surface of the sensor substrate is irradiated onto the document, and the reflected light is received by light receiving pixels formed in a matrix on the sensor substrate.
At this time, each light receiving pixel of the sensor substrate receives reflected light from a minute portion (a portion facing each light receiving pixel) in the document image, and generates image data (pixel data) corresponding to the minute portion.
そして、本センサでは、各受光画素の生成した画素データを処理する(集める)ことによって、センサ基板に密着している全原稿部分の画像データ(原稿画像データ;画像の電子データ)を取得するようになっている。
すなわち、本センサは、原稿の画像を2次元的に読み取るタイプの、機械的走査の不要な、小型,薄型,軽量であり、かつ振動に強い密着型2次元イメージセンサ(エリアセンサ)である。
In this sensor, the pixel data generated by each light receiving pixel is processed (collected) so as to obtain image data (original image data; electronic image data) of all original portions in close contact with the sensor substrate. It has become.
That is, this sensor is a contact type two-dimensional image sensor (area sensor) of a type that reads an image of a document two-dimensionally, does not require mechanical scanning, is small, thin, lightweight, and is resistant to vibration.
図12は、本センサの構成を示すブロック図である。この図に示すように、本センサは、バックライト部111、LED制御部112、センサ部(センサ基板)113、センサ制御部114、信号処理部115、外部インターフェース(外部I/F)116、CPU117を備えた構成である。
FIG. 12 is a block diagram showing the configuration of this sensor. As shown in this figure, this sensor includes a
ここで、バックライト部111は、図1に示すバックライトユニット18に相当し、センサ部113は、図1に示すセンサ基板20に相当している。また、LED制御部112、外部I/F116、CPU117は、図4に示すコントロール・通信基板24に相当し、信号処理部115は、図4に示す検出IC25および検出プリント基板26に相当し、センサ制御部114は、図4に示す駆動IC19および駆動プリント基板21に相当し、センサ部113は、図4に示すセンサ基板20に相当し、バックライト部111は、図4に示すバックライトユニット18に相当している。
Here, the
上記バックライト部(照明部)111は、3色(赤,緑,青)の光を生成する3種類のLEDを備えており、これら3色の光を原稿に照射するバックライト基板である。 The backlight unit (illumination unit) 111 includes three types of LEDs that generate light of three colors (red, green, and blue), and is a backlight substrate that irradiates a document with the light of these three colors.
上記センサ部(画像データ生成部,光検出アレイ)113は、マトリクス状に配列された複数の受光画素を有する、平板状のセンサ基板(2次元の光検出アレイ)である。 The sensor unit (image data generation unit, photodetection array) 113 is a flat sensor substrate (two-dimensional photodetection array) having a plurality of light receiving pixels arranged in a matrix.
図13は、バックライト部111およびセンサ部113の構成を示す断面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the
この図に示すように、バックライト部111およびセンサ部113は、互いに積層されている。そして、バックライト部111は、導光体124,光散乱板122,集光レンズシート121およびLED123を備えている。
As shown in this figure, the
上記LED(照明部,発光素子)123は、赤色(R)、緑色(G)、青色(B)の光を導光体124に照射する、3種類のLEDを備えた発光ダイオード(light-emitting diode)である。
The LED (illuminating unit, light emitting element) 123 is a light-emitting diode (light-emitting) including three types of LEDs that irradiates the
上記導光体124は、LED123の光を側面から入射し、表面(光散乱板22側の面)から、面状光として出射するものである。
The
上記光散乱板122は、導光体124から照射された光を散乱させて、輝度の均一性を図るものである。集光レンズシート121は、光散乱板122を透過した均一輝度の光の進路を、センサ部113に向けるよう調整するものである。集光レンズシート121、光散乱板122は、必要に応じて設けると良い。
The
また、図13に示すように、センサ部113は、透明基板131上に、フォトセンサ群(受光部)132の形成されたものである。
Further, as shown in FIG. 13, the
上記透明基板131は、ガラスや石英等からなる透明な絶縁性基板である。
The
上記フォトセンサ群132は、本センサの受光画素となるフォトセンサを、透明基板131上にマトリクス状に配列したものである。
The
図12に示したLED制御部(照明部)112は、バックライト部111の3種類のLEDを独立に駆動(ON/OFF)するための駆動回路である。
The LED control unit (illumination unit) 112 illustrated in FIG. 12 is a drive circuit for independently driving (ON / OFF) the three types of LEDs of the
上記センサ制御部(画像データ生成部,受光部)114は、センサ部113における各フォトセンサ133を駆動(電源供給など)するための回路である。
The sensor control unit (image data generation unit, light receiving unit) 114 is a circuit for driving (power supply or the like) each photosensor 133 in the
上記信号処理部(画像データ生成部,制御部)115は、センサ部113の各フォトトランジスタ(図示せず)から画素データを取得するものである。
The signal processing unit (image data generation unit, control unit) 115 acquires pixel data from each phototransistor (not shown) of the
さらに、外部I/F116は、本センサに接続されたパーソナルコンピュータ(PC)との通信(原稿画像データの送信,PCユーザーからの指示入力の受信)を制御するインターフェイスである。
Further, the external I /
上記CPU(画像データ生成部、制御部)117は、本センサの全動作を制御する、本センサの中枢部である。 The CPU (image data generation unit, control unit) 117 is a central part of the sensor that controls all the operations of the sensor.
すなわち、上記CPU117は、LED制御部112,センサ制御部114,信号処理部115を制御して、原稿画像の全微小部分に応じた画素データを取得する。そして、これらの画素データを処理して、センサ部113に密着している画像全体に応じた1画像データを生成する機能を有している。
That is, the
ここで、CPU117による、画像読取処理(原稿画像データの生成動作)について説明する。
Here, an image reading process (original image data generating operation) by the
まず、ユーザーは、原稿の読み取りたい部分に本センサのセンサ部113を密着させる。そして、ユーザーは、本センサに接続されているPCに対し、画像読取の指示を入力する。
First, the user brings the
PCを介してから画像読取の指示入力を受けると、CPU117は、LED制御部112を制御して、バックライト部111から原稿に向けて照射光を照射する。
When receiving an image reading instruction input via the PC, the
この照射光は、センサ部113における透明基板131および各フォトセンサ133の開口部を透過し、原稿(原稿の微小部分)に反射されて、フォトトランジスタに照射される。なお、原稿からの反射光量は、光の照射された微小部分における反射率(すなわち色)に応じて決定される。
This irradiation light passes through the
また、CPU117は、センサ制御部114を制御して、フォトトランジスタをアクティブにしておく。
In addition, the
これにより、フォトトランジスタに、原稿Pからの照射光量に応じたドレイン電流が流れる。また、フォトトランジスタに接続された補助容量には、あらかじめ所定の電荷がプリチャージされている。従って、この補助容量から、上記のドレイン電流量に応じた量の電荷が流出する。 As a result, a drain current corresponding to the amount of light emitted from the document P flows through the phototransistor. Further, a predetermined charge is precharged in advance to the auxiliary capacitor connected to the phototransistor. Accordingly, an amount of charge corresponding to the amount of drain current flows out from the auxiliary capacitor.
そして、信号処理部115が、CPU117の制御により、チャージアンプ(図示せず)等を用いて、各フォトセンサ133の補助容量から流出した電荷量に基づいた、電圧信号を生成する。
Then, the
さらに、信号処理部115は、生成した電圧信号を、アナログ―デジタルコンバータを用いて、デジタル信号に変換する。このデジタル信号が、原稿P(原稿画像)における微小部分に応じた(各受光画素(フォトセンサ133)に応じた)画素データとなる。
Further, the
その後、CPU117が、これらの画素データに基づいて、バックライト部111に密着している全原稿画像に応じたデジタルの画像データ(原稿画像データ)を生成する。
Thereafter, the
なお、CPU117は、カラーの原稿画像データを得るためには、バックライト部111から、赤,緑,青の3色の光を原稿Pに向けて順に(それぞれ単独で)照射する。そして、それぞれの光で読み取った3つの原稿画像データを合成し、カラーの原稿画像データを生成することとなる。
In order to obtain color document image data, the
一方、モノクロの原稿画像データは、1種類の単色光(赤,緑,青のいずれか)を用いて得ることができる。 On the other hand, monochrome document image data can be obtained by using one type of monochromatic light (either red, green, or blue).
次に、本センサの特徴的な画像読取方法である、仮読取を含む画像読取処理(複合画像読取処理)について説明する。 Next, image reading processing (composite image reading processing) including temporary reading, which is a characteristic image reading method of the present sensor, will be described.
この仮読取(仮読取工程)は、モノクロの原稿画像データを生成し、このデータを用いて、原稿画像の読み取りたい部分(所望の部分)にセンサ部113を密着させられているか否かをテストする(確認する)ための工程(センサ部113の位置合わせのための工程)である。
In this temporary reading (temporary reading process), monochrome original image data is generated, and using this data, it is tested whether or not the
複合画像読取処理では、仮読取で位置合わせを行った後、カラーの原稿画像データを生成(本読取)を行うこととなる。 In the composite image reading process, color original image data is generated (main reading) after alignment by provisional reading.
図14は、CPU117による複合画像読取処理の流れを示すフローチャートである。
FIG. 14 is a flowchart showing the flow of the composite image reading process by the
この図に示すように、複合画像読取処理では、CPU117は、バックライト部111に密着している原稿画像に応じた原稿画像データを、LED123における単色(例えば緑色)のLEDを用いて、モノクロで生成する(ステップS21;仮読取)。
As shown in this figure, in the composite image reading process, the
そして、CPU117は、モノクロの原稿画像データを、外部I/F116を介してPCに送信する。PCは、図示しない表示画面を用いて、モノクロの原稿画像データをユーザーに表示する。
Then, the
そして、ユーザーは、モノクロの原稿画像データの表示に基づいて、センサ部113によって原稿の所望の部分を読み取れているか否かを判断する(ステップS22)。そして、読み取れていないと判断した場合(センサ部113の位置が悪いと判断した場合)、ユーザーは、原稿上におけるセンサ部113の位置を変化させる。
Then, based on the display of monochrome document image data, the user determines whether or not a desired portion of the document has been read by the sensor unit 113 (step S22). When it is determined that reading has not been performed (when it is determined that the position of the
また、CPU117は、所定周期(例えば、サブフレーム周期;約0.2秒間隔)で、モノクロの原稿画像データを生成し、PCに送り続ける。そして、PCは、受信した原稿画像データを、次々に、画面表示する。
Further, the
そして、ユーザーは、センサ部113を適宜的に移動させ、センサ部113の移動に応じて刻々と変化する表示画面上の原稿画像データを確認する。
Then, the user appropriately moves the
ここで、原稿における所望部分を読み取れる状態となったと判断した場合(センサ部113の位置が適切になったと判断した場合)、ユーザーは、PCに対し、カラーの原稿画像データの生成を指示する。
Here, when it is determined that a desired portion of the document can be read (when it is determined that the position of the
これを受けて、PCは、本センサのCPU117に対し、カラーモード信号を送信する。カラーモード信号を受信したCPU117は、LED123における3色のLEDを順に点灯し、カラーのカラーの原稿画像データを生成する(ステップS23)。なお、カラーの原稿画像データに生成に要する時間は、約1秒である。
In response to this, the PC transmits a color mode signal to the
図15は、上記のカラーモード信号と、本センサの動作と示すタイミングチャートである。 FIG. 15 is a timing chart showing the color mode signal and the operation of this sensor.
この図に示すように、カラーモード信号を受けるまで(カラーモード信号がハイとなるまで)、CPU117は、緑色LEDを周期的に点灯させる(G点灯)。そして、CPU117は、信号処理部115を制御して、緑色LEDの点灯の度に、緑色のモノクロの原稿画像データを生成し、PCに送信する(画像生成(画像読み出し))。ここで、カラーモード信号を受けるまでは、読取スピードは高速モードとなり、カラーモード信号を受けた後は、読取スピードは低速モードとなる。ここで、高速モードとは、前述した6フレーム/秒の読取スピードであり、低速モードとは、前述した3フレーム/秒の読取スピードである。なお、これらの読取スピードに限定されるものではない。
As shown in this figure, until the color mode signal is received (until the color mode signal becomes high), the
その後、PCが、送信された画像を逐次的に表示する。 Thereafter, the PC sequentially displays the transmitted images.
また、CPU117は、緑色LEDの点灯前に、センサ部113の受光画素(フォトセンサ)における補助容量の電荷を初期化する(プリチャージ状態(飽和状態)とする)。
Further, the
一方、カラーモード信号を受けると、CPU117は、赤色LED,緑色LED,青色LEDを順に点灯(R点灯,G点灯,B点灯)する。なお、各LEDの点灯の間に、上記の初期化を行う。そして、CPU117は、各色に応じた原稿画像データを生成し、それらを合成してPCに送信する。そして、PCが、受信したカラーの原稿画像データを表示画面に表示する。
On the other hand, when the color mode signal is received, the
また、図14に示すように、カラーの原稿画像データの表示を受けたユーザーは、原稿画像の所望部分をセンサ部113によって読み取れているか否か(所望部分にセンサ部113を密着させられているか否か)を、この時点で再確認する(ステップS24)。
Further, as shown in FIG. 14, the user who has received the display of the color original image data has read the desired portion of the original image by the sensor unit 113 (whether the
そして、センサ部113の配置が悪いと判断した場合、ユーザーは、PCに対し、再度の仮読取を指示する。この指示を受けて、PCは、カラーモード信号の送信を停止し(カラーモード信号をローとし)、CPU117に対し、仮読取の指示を送る。
If it is determined that the arrangement of the
これを受けて、CPU117は、処理をステップS1に戻し、緑色LEDを用いて、再度、モノクロの原稿画像データの生成を行う。
In response to this, the
一方、ステップS24において、センサ部113の位置が適切であると判断した場合であって、カラー画像を保存するか否かを判断する(ステップS25)。ここで、読み取ったカラーの原稿画像データを保存したい場合、ユーザーは、カラーの原稿画像データの保存をPCに指示する。これを受けて、PCは、この原稿画像データを保存し(ステップS26)、本センサのCPU117に対し、読取終了の指示を送信する。これを受けて、CPU117は、複合画像読取処理を終了する。
On the other hand, if it is determined in step S24 that the position of the
一方、保存は不要である場合、ユーザーは、その旨をPCに指示する。これを受けて、PCは、CPU117に対し、上記と同様に、センサのCPU117に対し、読取終了の指示を送信する。
On the other hand, when the storage is unnecessary, the user instructs the PC to that effect. In response to this, the PC transmits an instruction to end reading to the
以上のように、本センサでは、CPU117が、バックライト部111から照射される単色(緑色)の光に応じた原稿画像データ(モノクロ(単色)の原稿画像データ)を生成し、ユーザーに表示する仮読取(仮読取工程)を実行するようになっている。
As described above, in this sensor, the
そして、本センサでは、このような仮読取工程の後、ユーザーの指示に基づいて、CPU117が、複数色の光に応じた原稿画像データ(多色原稿画像データ)を生成する本読取(本読取工程)を行うようになっている。
In the present sensor, after such a provisional reading process, based on a user instruction, the
すなわち、本センサでは、仮読取工程において、単色(緑色)の原稿画像データを生成し、これによって読取状態(センサ部113の位置)をテストするようになっている。従って、仮読取工程でカラーの(多色の)原稿画像データを生成する構成に比して、原稿画像データの生成に関する消費電力や時間を低減させられる。このため、仮読取工程を短時間で行えるようになっている。 That is, in this sensor, in the provisional reading step, single-color (green) document image data is generated, and thereby the reading state (position of the sensor unit 113) is tested. Therefore, power consumption and time relating to generation of document image data can be reduced as compared with a configuration in which color (multicolor) document image data is generated in the provisional reading process. For this reason, the provisional reading process can be performed in a short time.
また、仮読取工程で解像度や分解能を落とさないため、本読取工程と同様の鮮明な画像によって読取状態を確認できる。従って、本センサの読取状態を正確に確認できる。 Further, since the resolution and resolution are not reduced in the provisional reading step, the reading state can be confirmed by a clear image similar to the main reading step. Therefore, the reading state of the sensor can be confirmed accurately.
さらに、本センサでは、仮読取工程と本読取工程とを、同一のバックライト部111,センサ部113,信号処理部115,CPU117によって行うようになっている。
Further, in this sensor, the provisional reading process and the main reading process are performed by the
従って、仮読取工程用と本読取工程用との2つのセンサ部を備える構成に比して、仮読取工程と本読取工程とで、画像の読取状態にずれが生じない。
このため、仮読取工程の結果が良好であれば、本読取工程を同様に良好に実施できる(すなわち、仮読取工程の信頼性を高められる)。
Therefore, as compared with the configuration including two sensor units for the temporary reading process and the main reading process, there is no deviation in the image reading state between the temporary reading process and the main reading process.
For this reason, if the result of the temporary reading process is good, the main reading process can be performed similarly (that is, the reliability of the temporary reading process can be improved).
また、2つのセンサ部を備えることによるコストアップや、全体サイズの大型化を回避できる。 Further, it is possible to avoid an increase in cost and an increase in the overall size due to the provision of the two sensor units.
また、本センサでは、図14のステップS21・22に示したように、CPU117が、ユーザーから指示(カラーモード(本読取工程)への移行指示)を受けるまで、仮読取工程を繰り返し行うように設定されている。
Further, in this sensor, as shown in steps S21 and S22 in FIG. 14, the temporary reading process is repeatedly performed until the
従って、ユーザーは、本センサの読取状態(原稿に対するセンサ部113の位置)を変えながら、仮読取工程を連続的に実施できる。
Therefore, the user can continuously perform the provisional reading process while changing the reading state of the sensor (the position of the
すなわち、高速の仮読取工程を繰り返すことで、モノクロの原稿画像データを連続的に(ほぼリアルタイムに)表示させながら、読取状態の調整(センサ部113の位置合わせ)を行える。従って、仮読取工程に要する時間を短縮できる。 That is, by repeating the high-speed temporary reading process, it is possible to adjust the reading state (alignment of the sensor unit 113) while displaying monochrome original image data continuously (in almost real time). Therefore, the time required for the temporary reading process can be shortened.
また、本センサでは、本読取工程でカラーの原稿画像データを生成する際、バックライト部111が、赤,緑,青の光を1色づつ原稿に照射する構成である。そして、CPU117が、各色の原稿画像データをそれぞれ生成した後、それらを合成して、カラーの原稿画像データを生成するようになっている。
Further, in the present sensor, when color original image data is generated in the main reading process, the
すなわち、本読取工程では、CPU117が、単色の原稿画像データを時分割で複数の生成し、それらを合成することとなる。従って、単色の原稿画像データのみを生成する仮読取工程に要する時間を、本読取工程に比して格段に早められる(3分の1程度とできる)。
That is, in this reading process, the
また、本センサは、原稿の画像を2次元的に読み取る、機械的走査の不要な密着型2次元イメージセンサ(エリアセンサ)である。従って、ラインセンサに比して、仮読取工程および本読取工程に要する時間を短縮できる。 The sensor is a contact type two-dimensional image sensor (area sensor) that reads an image of a document two-dimensionally and does not require mechanical scanning. Therefore, the time required for the temporary reading process and the main reading process can be shortened as compared with the line sensor.
なお、ラインセンサを用いるスキャナでは、解像度を落としたとしても、仮読取工程によって原稿画像データを取得するために、ラインセンサの操作に数秒の時間がかかる。従って、仮読取工程で、原稿画像データを連続的に表示させることは困難である。 In the scanner using the line sensor, even if the resolution is lowered, it takes several seconds to operate the line sensor in order to acquire the document image data by the provisional reading process. Therefore, it is difficult to continuously display the document image data in the temporary reading process.
また、本センサでは、センサ部113をバックライト部111の上部に配置している。そして、バックライト部111を透過した光を原稿で反射させ、センサ部113に照射させるようになっている。このため、原稿およびセンサ部113への光照射に関し、光学系を用いる必要がない。このため、本センサは、小型,薄型,軽量のエリアセンサとなっている。
Further, in this sensor, the
また、本センサでは、バックライト部111が、赤,緑および青の3原色の光を原稿に照射できるように設定されている。これにより、天然色の原稿原稿画像データ(原稿画像を忠実に再現した原稿原稿画像データ)を得ることが可能となっている。
Further, in this sensor, the
また、仮読取工程では、バックライト部111が、緑色の光を原稿に照射するようになっている。緑色は、光の可視領域の中央に位置する色であり、ユーザーにとって視認しやすい。従って、ユーザーは、仮読取工程において、原稿の読取状態を容易に確認できる。
In the temporary reading process, the
また、本センサでは、フォトセンサとして、可視光領域に良好な感度を有するものを使用することが好ましい。すなわち、フォトセンサを構成する半導体(光電変換材料)として、可視光領域の真中の色(緑)に感度のピークを合わせた材料を用いることが好ましい。例えば、フォトトランジスタに用いられるアモルファスシリコン半導体として、緑色にピーク感度を有するものを用いることが好ましい。 In the present sensor, it is preferable to use a photosensor having good sensitivity in the visible light region. In other words, as a semiconductor (photoelectric conversion material) constituting the photosensor, it is preferable to use a material in which the peak of sensitivity is matched with the middle color (green) in the visible light region. For example, it is preferable to use an amorphous silicon semiconductor used for a phototransistor that has a peak sensitivity in green.
これにより、ピーク感度に対応する緑色の単色光を用いて仮読取工程を実行することで、単色の原稿画像データの取得を効率よく行える。また、仮読取工程における、低消費電力化、S/N向上、あるいは、受光速度(読取速度)の向上を図れる。 Thus, by executing the provisional reading process using green monochromatic light corresponding to the peak sensitivity, it is possible to efficiently acquire monochromatic document image data. In addition, it is possible to reduce power consumption, improve S / N, or improve the light receiving speed (reading speed) in the temporary reading process.
なお、本センサでは、CPU117が、信号処理部115から伝達された画素データを処理して原稿画像データを生成するとしている。ここで、CPU117は、画素データや原稿画像データを一時的に記憶するためのメモリを備えておくことが好ましい。また、CPU117に、DSP(Digital Signal Processor)を備えるようにしてもよい。そして、CPU117が、DSPを用いて、画素データから原稿画像データを生成するようにしてもよい。
In this sensor, the
また、本実施の形態では、CPU117が、3色の原稿画像データを合成してカラーの原稿画像データを生成するとしている。
In the present embodiment, the
しかしながら、これに限らず、CPU117が、生成した3色の原稿画像データをそれぞれPCに送信し、PCが、これらを合成してカラーの原稿画像データを生成・表示するようにしてもよい。
However, the present invention is not limited to this, and the
また、本センサでは、CPU117は、仮読取工程で取得した画像データの解像特性を、本読取工程で取得した画像データの解像特性と等しくするように設定してもよい。これにより、仮読取工程でのテスト精度(原稿の位置合わせ精度など)を向上させられる。ここで、解像特性とは、単位面積(あるいは単位長さ)あたりの画素数のことであり、一般には、dpi(dots per inch)といった単位で表現されるものである。
In this sensor, the
また、本実施の形態では、図14のS24において、原稿における所望部分を読み取れていると判断した場合、ユーザーが、PCに対し、カラーの原稿画像データの生成を指示するとしている。 In the present embodiment, if it is determined in S24 of FIG. 14 that a desired portion of the document is read, the user instructs the PC to generate color document image data.
ここで、この指示は、PCにおけるカラーモードに移行するためのボタンを押すか、あるいは、PCの画面に示されている、制御ソフト(本センサを駆動するためのソフトウェア)のカラーモードボタンをクリックする等によって行われる。 Here, this instruction is performed by pressing a button for shifting to the color mode on the PC, or by clicking the color mode button of the control software (software for driving this sensor) shown on the PC screen. It is done by doing.
また、本実施の形態では、図14のS24において、原稿における所望部分を読み取れていないと判断した場合、CPU117が、処理をS21に戻すとしている。しかしながら、これに限らず、S22あるいはS23に戻すようにしてもよい。
In the present embodiment, if it is determined in S24 of FIG. 14 that the desired portion of the document has not been read, the
また、本実施の形態では、図14のS22やS24において、センサ部113によって原稿の所望の部分を読み取れているか否かを判断するとしている。これは、実際には、センサ部113における画素形成領域(フォトセンサ(受光画素)の形成されている領域)が原稿の所望部分に対向しているか否かの判断である。
なお、S22やS24では、上記の判断の他に、センサ部113(センサ部113の画素形成領域)と原稿の所望部分との向きが適切であるか否かを判断することも好ましい。
In the present embodiment, it is determined in S22 and S24 in FIG. 14 whether or not the
In S22 and S24, in addition to the above determination, it is also preferable to determine whether the orientation of the sensor unit 113 (the pixel formation region of the sensor unit 113) and the desired portion of the document is appropriate.
また、センサ部113における画素形成領域のサイズが原稿より大きい場合、S22やS24において、本センサによる読取範囲を確認するようにしてもよい。すなわち、この場合、CPU117は、PCを介したユーザーの指示により、原稿の所望部分だけをセンサ部113によって読み取るように、読取範囲を設定する。そして、S21やS23において、CPU117が、PCを介して、読取範囲をユーザーに表示する。そして、S22およびS24において、読取範囲が適切であるとユーザーが判断するまで、CPU117は、ユーザーに指定された読取範囲でモノクロの原稿画像データを生成することとなる。
If the size of the pixel formation area in the
また、同様に、S21あるいはS23において、画像の解像度あるいは分解能を設定できるようにしてもよい。この場合、CPU117は、ユーザーの所望の解像度あるいは分解能を設定できるまで、ユーザーに指定された解像度あるいは分解能で、モノクロの原稿画像データを生成することとなる。
Similarly, the resolution or resolution of the image may be set in S21 or S23. In this case, the
また、本センサでは、バックライト部111にLED123(3色のLED)を備え、その光を用いて画像読取を行うとしている。しかしながら、バックライト部111に使用可能な発光素子は、LEDに限らない。バックライト部111に対しては、単色の光を照射可能であり、かつ、3色(R,G,B)の光を照射可能なものであれば、EL発光素子など、どのような発光素子でも適用できる。
In this sensor, the
また、本実施の形態では、本センサを、原稿の画像を2次元的に読み取る、機械的走査の不要な密着型2次元イメージセンサ(エリアセンサ)であるとしている。しかしながら、本センサを、原稿画像をラインセンサによって走査するタイプのスキャナとして構成することも可能である。 In this embodiment, the sensor is a contact-type two-dimensional image sensor (area sensor) that reads a document image two-dimensionally and does not require mechanical scanning. However, this sensor can also be configured as a scanner of a type that scans a document image with a line sensor.
すなわち、本センサをスキャナとして構成する場合、仮読取(プレスキャン)では、ラインセンサにおける1色の発光素子だけから光を照射して画像を読み取り、モノクロの原稿画像データを生成する。その後、本読取(本スキャン)では、ラインセンサにおける3色の発光素子から光を照射して画像を読み取り、カラーの原稿画像データを生成することとなる。 That is, when this sensor is configured as a scanner, in provisional reading (pre-scan), an image is read by irradiating light from only one color light emitting element in the line sensor to generate monochrome document image data. Thereafter, in the main reading (main scanning), light is emitted from the light emitting elements of the three colors in the line sensor to read the image, and color original image data is generated.
この構成でも、仮読取にかかる時間を、本読取の3分の1程度とできる。また、1つのセンサを用いて仮読取と本読取とを行うため、2種類の読取間における、センサの違いによる読取画像の相違を防止できる。 Even with this configuration, the time required for provisional reading can be reduced to about one-third that of the main reading. In addition, since the temporary reading and the main reading are performed using one sensor, it is possible to prevent the difference in the read image due to the difference in sensor between the two types of reading.
また、本実施の形態では、仮読取において、バックライト部111から緑の光を原稿に照射し、CPU117が、緑色の原稿画像データを生成するとしている。しかしながら、仮読取で使用する光の色は、これに限らず、青や赤でもよい。
In the present embodiment, it is assumed that in the temporary reading, the original is irradiated with green light from the
ここで、仮読取に使用される光を発光するLED(例えば緑色のLED(発光素子))は、他の色のLEDよりもトータル使用時間が長くなる。このため、仮読取に使用される光としては、寿命の長いLEDから発光される光を用いることが好ましい。 Here, an LED that emits light used for provisional reading (for example, a green LED (light emitting element)) has a longer total use time than an LED of another color. For this reason, it is preferable to use light emitted from an LED having a long lifetime as light used for provisional reading.
また、仮読取に使用される光の色を、使用する度に切り替えてもよい。例えば、本センサの電源がユーザーによって入れ直される度に(OFF状態からON状態となったタイミングで)、CPU117が仮読取工程で使用する光の色を切り替えるように、シーケンスを組み込んでおいてもよい。これにより、各色のLEDの使用時間が平均され、特定のLED(発光素子)のみが短期間で劣化してしまう不具合を回避できる。
Further, the color of light used for temporary reading may be switched every time it is used. For example, a sequence may be incorporated so that the
また、CPU117は、ユーザーの指示に応じて、仮読取に用いる色を変えるようにしてもよい。ここで、原稿画像において多く使用されている色に近い色の単色光を用いると、仮読取で得られる原稿画像データをより鮮明にできる。
また、仮読取工程において、発光光度の高い光、あるいは、センサ部113において比較的に高感度で受光される色の光を用いれば、原稿画像データの生成処理を早められる(あるいは、仮読取での照射光量を削減できる)。
Further, the
In addition, in the temporary reading process, if light having a high light emission intensity or light of a color received by the
また、仮読取工程においてモノクロの原稿画像データを得るために、単色光ではなく、混色光(互いに異なる波長を有する光が混ざったもの)を用いてもよい。 Further, in order to obtain monochrome document image data in the provisional reading step, mixed color light (mixed with light having different wavelengths) may be used instead of monochromatic light.
このような混色光は、バックライト部111の3色のLEDのうち、2つ以上のLEDから同時に光を照射することで生成できる。例えば、全LEDから同時に光照射を行うと、白色の混色光を原稿に照射できる。
Such mixed color light can be generated by simultaneously irradiating light from two or more LEDs among the three color LEDs of the
このような混色光を原稿に照射して得られる反射光をセンサ部113で読み取ることでも、モノクロの画像データを取得できる。
Monochrome image data can also be acquired by reading the reflected light obtained by irradiating the original with such mixed color light by the
このように、本センサでは、仮読取工程において、単色光あるいは混色光によってモノクロの原稿画像データを取得できる。なお、単色光を用いる場合には、仮読取工程での消費電力を低減できる。一方、混色光を用いる場合には、3つのLEDから光照射を行うため、光量を増大できる。従って、センサ部113(フォトセンサ)による受光特性の向上(S/Nや受光速度の向上)を図れる。 As described above, in this sensor, monochrome document image data can be acquired by monochromatic light or mixed color light in the provisional reading process. Note that when monochromatic light is used, power consumption in the provisional reading process can be reduced. On the other hand, when mixed color light is used, the amount of light can be increased because light is emitted from three LEDs. Therefore, it is possible to improve the light receiving characteristics (S / N and light receiving speed) by the sensor unit 113 (photo sensor).
また、本実施の形態では、本読取において、バックライト部111から赤,緑,青の3色の光を順に原稿に照射し、CPU117が、カラーの原稿画像データを生成するとしている。
Further, in the present embodiment, in the main reading, red, green, and blue light from the
しかしながら、これに限らず、本センサを、これら以外の3色の光を照射する構成としても、また、2色あるいは4色以上の光を照射する構成としてもよい。 However, the present invention is not limited to this, and the present sensor may be configured to emit light of three colors other than these, or may be configured to emit light of two colors or four colors or more.
すなわち、本センサは、仮読取でモノクロの原稿画像データを生成する一方、本読取で、モノクロより色の多い(多色の)原稿画像データを生成するように設定されていればよい。この場合には、本読取において、天然色の原稿画像データ(原稿画像を忠実に再現した原稿画像データ)を得られないこともある。しかしながら、この場合でも、本読取で、仮読取よりも情報(色数)の多い原稿画像データを得られる。 In other words, this sensor may be set so as to generate monochrome document image data by provisional reading, while generating original document data having more colors (monochrome) than monochrome by actual reading. In this case, natural color original image data (original image data faithfully reproducing the original image) may not be obtained in the actual reading. However, even in this case, original image data with more information (number of colors) can be obtained in the main reading than in the temporary reading.
また、本実施の形態では、本センサがPCと接続されており、ユーザーが、PCの入力部を用いて(PCを介して)、本センサに指示を送るとしている。
しかしながら、これに限らず、本センサに、ユーザーからの指示を受け付ける入力部を備え、この入力部を介してユーザーの指示をCPU117に伝達するようにしてもよい。
In the present embodiment, the sensor is connected to the PC, and the user sends an instruction to the sensor using the PC input unit (via the PC).
However, the present invention is not limited to this, and the sensor may be provided with an input unit that receives an instruction from the user, and the user's instruction may be transmitted to the
また、本実施の形態では、本センサによって生成した原稿画像データをPCの表示部に表示するとしている。しかしながら、これに限らず、本センサに表示画面を備え、この画面に原稿画像データを表示するようにしてもよい。 In the present embodiment, the document image data generated by this sensor is displayed on the display unit of the PC. However, the present invention is not limited to this, and the sensor may be provided with a display screen, and the original image data may be displayed on this screen.
上記のように、入力部および表示画面を本センサに備える場合、本センサをPCに接続する必要はなくなる。 As described above, when the sensor includes the input unit and the display screen, it is not necessary to connect the sensor to the PC.
例えば、本センサを板形状とし、一方の面を画像読取面(保護膜の形成された面)とするとともに、他方の面(裏面)に、画像データを表示する表示画面を設けるようにしてもよい。 For example, the sensor may have a plate shape, and one surface may be an image reading surface (a surface on which a protective film is formed), and a display screen for displaying image data may be provided on the other surface (back surface). Good.
本センサを上記のような板形状とする場合、本センサは、原稿読取面を原稿に向けた状態で、原稿上に載置される。そして、ユーザーは、仮読取工程において、原稿読取面の背面にある表示画面を見ながら、本センサの位置を調整することとなる。これにより、ユーザーは、実際の原稿の状態を、その直上にある表示画面を見ることで確認できる(原稿と表示画面とを同じ視線上で観察できる)。従って、ユーザーの操作性を向上できる(本センサと原稿との位置合わせを容易に行える)。 When the sensor has a plate shape as described above, the sensor is placed on the document with the document reading surface facing the document. In the temporary reading process, the user adjusts the position of the sensor while looking at the display screen on the back side of the document reading surface. As a result, the user can confirm the actual state of the original by looking at the display screen immediately above it (the original and the display screen can be observed on the same line of sight). Therefore, user operability can be improved (positioning of the sensor and the document can be easily performed).
以上の説明では、読出しスピード及び照射光量に応じて最適な感度となるような、ゲート電圧を予め設定しておき、薄膜トランジスタの非導通状態及び受光時に、設定されたゲート電圧のうち、その時の条件(読出しスピード及び照射光量)に応じたゲート電圧を選択し、選択したゲート電圧を薄膜トランジスタのゲート電極に印加する2次元イメージセンサについて説明した。 In the above description, the gate voltage is set in advance so that the optimum sensitivity is obtained according to the readout speed and the amount of irradiation light, and the condition at that time out of the set gate voltage when the thin film transistor is in the non-conductive state and when receiving light. A two-dimensional image sensor that selects a gate voltage according to (reading speed and irradiation light amount) and applies the selected gate voltage to the gate electrode of the thin film transistor has been described.
すなわち、この場合には、Vglの値を例えば2種類用意(位置合わせ用と、本読み取り用)しておき(この電圧は、製品出荷時に標準値を設定しておく、またユーザーがこの2種類の値を変更できるようにしても良い)、画像読み込み時の位置合わせには、高い電圧のVglにて速く画像を読み込み込む。この位置合わせの後に、本読込みを、低い電圧のVglにて行う。 That is, in this case, for example, two types of Vgl values are prepared (for alignment and for actual reading) (this voltage is set to a standard value at the time of product shipment, and the user sets these two types. The image may be read quickly with a high voltage Vgl for image alignment. After this alignment, the main reading is performed at a low voltage Vgl.
なお、本発明は、これに限定されるものではなく、例えば、薄膜トランジスタの非導通状態及び受光時に、読出しスピード及び照射光量を検出し、この検出値に基づいて最適な感度となるようなゲート電圧を導き出し、そのゲート電圧を薄膜トランジスタのゲート電極に印加するようにしてもよい。 The present invention is not limited to this. For example, when the thin film transistor is in a non-conducting state and when receiving light, the reading speed and the amount of irradiation light are detected, and a gate voltage that provides optimum sensitivity based on the detected value. And the gate voltage may be applied to the gate electrode of the thin film transistor.
すなわち、この場合には、高めの電圧のVglによる読取りスピードを速く設定した仮読み込みを行い(既存のスキャナのプリスキャンと同じ)、その値を元に、白黒差のダイナッミクレンジが大きくなるように、Vgl電圧、照射時間を決定する。このときのVgl及び、照射時間の決定は、図16に示すように、2次元イメージセンサの外部に設けられた外部回路内のVglコントロール部によってVgl制御信号に基づいて行われる。 That is, in this case, provisional reading is performed with a high reading speed set by Vgl of a higher voltage (same as prescan of an existing scanner), and based on this value, the dynamic range of black and white difference is increased. , Vgl voltage and irradiation time are determined. The determination of Vgl and the irradiation time at this time is performed based on the Vgl control signal by a Vgl control unit in an external circuit provided outside the two-dimensional image sensor, as shown in FIG.
以上のように、本実施の形態に係る光電変換装置は、図1に示すように、感光性半導体層を有するTFT7のドレインDに接続された補助容量17に電荷を所定量充電し、上記補助容量17への所定量の電荷の充電完了後に、上記TFT7を非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射し、上記感光性半導体層に光を所定時間照射した後に、上記補助容量17の電荷に基づいて、上記TFT7を含むセンサ基板20の光電変換量を検出する装置であって、上記TFT7を非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、上記TFT7のゲートGにゲート電圧を印加する駆動IC19と、上記駆動IC19によって印加されるゲート電圧を可変制御するゲート電圧制御手段としてのコントロール・通信基板24を備えている。
As described above, the photoelectric conversion device according to the present embodiment charges the
上記の構成によれば、TFT7を非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、コントロール・通信基板24によって、ゲートGに可変制御されたゲート電圧が印加されるようになるので、検出される光電変換量を制御することができる。
According to the above configuration, a gate voltage that is variably controlled is applied to the gate G by the control /
これにより、検出される光電変換量、すなわち非導通状態のTFT7に流れる光電流が最大となるようなゲート電圧を該TFT7のゲートGに印加することができるので、十分な光電変換量が得られる、すなわち最適な感度が得られる光電変換装置を実現することができる。
As a result, a detected photoelectric conversion amount, that is, a gate voltage that maximizes the photocurrent flowing through the
この場合、上記コントロール・通信基板24は、上記ゲート電圧を、上記TFT7を非導通状態にして上記感光性半導体層に光を照射している時間内で最大の光電流が得られる値に設定するようにすればよい。
In this case, the control /
上記ゲート電圧制御手段によって設定されるゲート電圧の値は、薄膜トランジスタを非導通状態にしたときの、該薄膜トランジスタへの光の照射時間と、その時の光電変換量との関係から導き出された値であってもよい。 The value of the gate voltage set by the gate voltage control means is a value derived from the relationship between the irradiation time of light to the thin film transistor and the photoelectric conversion amount at that time when the thin film transistor is turned off. May be.
具体的には、図17〜図19に示すような感度特性のグラフや光電流特性のグラフから、各読取スピード、各モードによって最大の感度が得られるゲート電圧を求めておき、この求めたゲート電圧になるようにコントロール・通信基板24内の電圧制御部101によって制御するようにすればよい。つまり、電圧制御部101は、読取スピード切替信号生成部102からの信号と、モード切替信号生成部103からの信号に基づいて最適なゲート電圧となるように制御している。
Specifically, from the sensitivity characteristic graphs and photocurrent characteristic graphs as shown in FIGS. 17 to 19, the gate voltage at which the maximum sensitivity is obtained by each reading speed and each mode is obtained, and the obtained gate voltage is obtained. The
また、図16に示すような構成とすることで、リアルタイムで感度が最大となる最適なゲート電圧を設定することも可能となる。つまり、コントロール・通信基板24によって、上記駆動IC19に基準となるゲート電圧(印加可能な最大のゲート電圧)を上記TFT7のゲートGに印加させ、そのとき検出された光電変換量から、該ゲートGに印加するゲート電圧の値を設定する。
Further, by adopting a configuration as shown in FIG. 16, it is possible to set an optimum gate voltage that maximizes sensitivity in real time. That is, the control /
また、本発明に係る光電変換方法は、TFT7を非導通状態にして該TFT7を構成する感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、検出される光電変換量が最大となるゲート電圧を上記TFT7のゲートGに印加する方法である。
In addition, the photoelectric conversion method according to the present invention provides a gate voltage that maximizes the amount of photoelectric conversion detected when the
上記の構成によれば、上記TFT7を非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、検出される光電変換量が最大となるゲート電圧を上記TFT7のゲートGに印加することで、検出される光電変換量、すなわち非導通状態のTFT7に流れる光電流が最大となる。
According to the above configuration, when the
従って、非導通状態のTFT7への光の照射量(照射時間×光強度)に応じた適切なゲート電圧で、最大の感度(光電変換量)を得ることができる光電変換方法を提供することができる。
Accordingly, it is possible to provide a photoelectric conversion method capable of obtaining the maximum sensitivity (photoelectric conversion amount) with an appropriate gate voltage corresponding to the light irradiation amount (irradiation time × light intensity) to the
そして、上記構成を用いた画像読取装置は、前述の光電変換装置を原稿画像に対応して複数個配置し、各光電変換装置によって検出されたセンサ基板24の光電変換量を原稿画像の入力画像情報として出力する構成である。
In the image reading apparatus using the above configuration, a plurality of the photoelectric conversion devices described above are arranged corresponding to the document image, and the photoelectric conversion amount of the
上記の構成によれば、前述の光電変換装置を備えているので、十分な光電変換量が得られ、その結果、原稿の読取スピードや原稿への照射光量に対応した最適な感度を得ることができる。 According to the above configuration, since the photoelectric conversion device described above is provided, a sufficient amount of photoelectric conversion can be obtained, and as a result, optimum sensitivity corresponding to the reading speed of the document and the amount of light applied to the document can be obtained. it can.
これにより、原稿画像に忠実な入力画像情報を出力することができる。 Thereby, input image information faithful to the original image can be output.
また、上記原稿画像に、赤色光、緑色光、青色光をそれぞれ照射するバックライトユニット18を備え、該バックライトユニット18による各色の照射光に応じて検出されたセンサ基板20の光電変換量から入力画像情報をカラー画像として出力するようにしてもよい。
Further, the document image includes a
この場合、単色光時の動作、すなわち読取スピードが速い時と、複色光時の動作、すなわち読取スピードが遅い時とで、最適な感度(光電変換量)が得られるゲート電圧は異なるので、光電変換装置のコントロール・通信基板24によって、単色光時の動作と、複色光時の動作とで印加するゲート電圧を変更するようにすれば、各々の場合における光電変換量を最大にすることが可能となる。
In this case, the gate voltage for obtaining the optimum sensitivity (photoelectric conversion amount) differs between the operation at the time of monochromatic light, that is, when the reading speed is high, and the operation at the time of multicolor light, that is, when the reading speed is low. If the gate voltage to be applied is changed between the operation for monochromatic light and the operation for multicolor light by the control /
なお、本実施の形態では、上記構成の画像読取装置において、上記光電変換装置を2次元に配置した2次元イメージセンサについて説明したが、光電変換装置は1次元に配置してもよい。 In this embodiment, the two-dimensional image sensor in which the photoelectric conversion device is two-dimensionally arranged in the image reading device having the above-described configuration has been described. However, the photoelectric conversion device may be one-dimensionally arranged.
このように、光電変換装置を1次元に配置した場合、家庭用のファクシミリ装置に用いられているようなハンディスキャナ等の携帯型の画像入力装置に好適に用いることができる。 As described above, when the photoelectric conversion device is arranged one-dimensionally, it can be suitably used for a portable image input device such as a handy scanner used in a home facsimile device.
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope shown in the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately modified within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、原稿を忠実に読み取ることが可能なので、特に、読取精度を要するイメージスキャナなどの画像読取装置に適用でき、さらに、機械的な走査機構を有しないので、装置の小型化が図れるので、ハンディタイプのスキャナにも適用できる。 Since the present invention can read an original faithfully, it can be applied particularly to an image reading apparatus such as an image scanner that requires reading accuracy, and since it does not have a mechanical scanning mechanism, the apparatus can be downsized. It can also be applied to handy-type scanners.
1 原稿
2 照射光
3 保護膜
4 シリコン層
6 開口部
7 TFT(薄膜トランジスタ)
9 絶縁性基板
10 ソース電極
11 ボトムゲート電極
12 半導体層
13 ボトムゲート絶縁膜
14 絶縁膜
15 ドレイン電極
17 補助容量
18 バックライトユニット
19 駆動IC(ゲート電圧印加手段)
20 センサ基板(光電変換素子)
21 駆動プリント基板
22 ゲートライン
23 データライン
24 コントロール・通信基板(ゲート電圧制御手段)
25 検出IC
26 検出プリント基板
28 駆動回路
29 検出回路
30 リセットスイッチ
31 コントロール部
32 基準電圧
33 積分アンプ
34 ローパスフィルタ
35 増幅アンプ
36 サンプルホールド回路
37 アナログマルチプレクサ
38 A/D変換回路
39 帰還容量
40 CS電極駆動電圧
41 寄生容量
51 シフトレジスタ
52 ANDゲート
101 電圧制御部
102 読取スピード切替信号生成部
103 モード切替信号生成部
111 バックライト部
112 LED制御部
113 センサ部
114 センサ制御部
115 信号処理部
116 外部インターフェイス
117 CPU
121 集光レンズシート
122 光散乱板
123 LED
124 導光体
131 透明基板
132 フォトセンサ群
133 フォトセンサ
D ドレイン
G ゲート
S ソース
P 原稿
Vcs CS電極駆動電圧
Vgl ゲート電圧
Vref 基準電圧
1
9 Insulating
20 Sensor substrate (photoelectric conversion element)
21 Driving Printed
25 Detection IC
26 detection printed
121
124
Claims (16)
上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、上記薄膜トランジスタのゲート電極にゲート電圧を印加するゲート電圧印加手段と、
上記ゲート電圧印加手段によって印加されるゲート電圧を可変制御するゲート電圧制御手段とを備えていることを特徴とする光電変換装置。 The auxiliary capacitor connected to the drain electrode of the thin film transistor having the photosensitive semiconductor layer is charged with a predetermined amount of charge, and after the charging of the predetermined amount of charge to the auxiliary capacitor is completed, the thin film transistor is made non-conductive and the photosensitive semiconductor In a photoelectric conversion device for detecting a photoelectric conversion amount of a photoelectric conversion element including the thin film transistor based on a charge of the auxiliary capacitor after irradiating the layer with light for a predetermined time and irradiating the photosensitive semiconductor layer with light for a predetermined time ,
Gate voltage applying means for applying a gate voltage to the gate electrode of the thin film transistor when the thin film transistor is turned off and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time;
And a gate voltage control means for variably controlling the gate voltage applied by the gate voltage application means.
上記ゲート電圧制御手段は、
上記ゲート電圧を、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を照射している時間内で最大の感度が得られる値に設定することを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置。 Within a time period in which a plurality of thin film transistors are in a non-conductive state and each photosensitive semiconductor layer is irradiated with light having different intensities, the photocurrent value of the thin film transistor irradiated with the strongest light or the accumulated value thereof, When the maximum sensitivity is the difference between the photocurrent value of the thin film transistor irradiated with the weakest light or the accumulated value,
The gate voltage control means includes
2. The photoelectric device according to claim 1, wherein the gate voltage is set to a value at which maximum sensitivity can be obtained within a time during which the thin film transistor is turned off and light is applied to the photosensitive semiconductor layer. Conversion device.
上記ゲート電圧印加手段に基準となるゲート電圧を上記薄膜トランジスタのゲート電極に印加させ、そのとき検出された光電変換量から、該ゲート電極に印加するゲート電圧の値を設定することを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置。 The gate voltage control means includes
A reference gate voltage is applied to the gate electrode of the thin film transistor by the gate voltage applying means, and a value of the gate voltage applied to the gate electrode is set from the photoelectric conversion amount detected at that time. Item 3. The photoelectric conversion device according to Item 2.
複数の薄膜トランジスタを非導通状態にして、それぞれの感光性半導体層に強度の異なる光を照射している時間内で、最強の光が照射された薄膜トランジスタの光電流値またはそれを蓄積した値と、最弱の光が照射された薄膜トランジスタの光電流値またはそれを蓄積した値との差を最大の感度とした場合、
上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、最大の感度となるゲート電圧を上記薄膜トランジスタのゲート電極に印加することを特徴とする光電変換方法。 The auxiliary capacitor connected to the drain electrode of the thin film transistor having the photosensitive semiconductor layer is charged with a predetermined amount of charge, and after the charging of the predetermined amount of charge to the auxiliary capacitor is completed, the thin film transistor is made non-conductive and the photosensitive semiconductor In a photoelectric conversion method of detecting a photoelectric conversion amount of a photoelectric conversion element including the thin film transistor based on the charge of the auxiliary capacitor after irradiating the layer with light for a predetermined time and irradiating the photosensitive semiconductor layer with light for a predetermined time ,
Within a time period in which a plurality of thin film transistors are in a non-conductive state and each photosensitive semiconductor layer is irradiated with light having different intensities, the photocurrent value of the thin film transistor irradiated with the strongest light or the accumulated value thereof, When the maximum sensitivity is the difference between the photocurrent value of the thin film transistor irradiated with the weakest light or the accumulated value,
A photoelectric conversion method, comprising: applying a gate voltage having a maximum sensitivity to a gate electrode of the thin film transistor when the thin film transistor is in a non-conducting state and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time.
各光電変換装置によって検出された光電変換素子の光電変換量を原稿画像の入力画像情報として出力する画像情報出力手段とを備えていることを特徴とする画像読取装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a plurality of the photoelectric conversion devices are arranged corresponding to a document image;
An image reading apparatus comprising: an image information output unit that outputs a photoelectric conversion amount of a photoelectric conversion element detected by each photoelectric conversion apparatus as input image information of a document image.
上記画像情報出力手段は、光照射手段による各色の照射光に応じて検出された光電変換素子の光電変換量から入力画像情報をカラー画像として出力することを特徴とする請求項6に記載の画像読取装置。 A light irradiating means for irradiating the original image with red light, green light, and blue light, respectively,
The image according to claim 6, wherein the image information output unit outputs the input image information as a color image from the photoelectric conversion amount of the photoelectric conversion element detected according to the irradiation light of each color by the light irradiation unit. Reader.
上記データ線と交差する複数の走査線と、
上記データ線及び走査線の交点にそれぞれ設けられた感光性半導体層を有する薄膜トランジスタと、上記薄膜トランジスタのドレイン電極に接続され、電荷が充電される補助容量とを含む光電変換素子と、
上記薄膜トランジスタのソース電極に接続され、上記薄膜トランジスタによる光電変換量を検出する光電変換量検出手段と、
上記光電変換量検出手段よって検出された結果を、画像情報として出力する画像情報出力手段とを備え、
上記補助容量は、所定量の電荷が充電されると共に、上記薄膜トランジスタが非導通状態のときに上記感光性半導体層への光照射により電荷が放電され、
上記光電変換量検出手段は、上記感光性半導体層への光照射完了後の上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子の光電変換量を検出する2次元イメージセンサであって、
上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、上記薄膜トランジスタのゲート電極にゲート電圧を印加するゲート電圧印加手段と、
上記ゲート電圧印加手段によって印加されるゲート電圧を可変制御するゲート電圧制御手段とを備えていることを特徴とする2次元イメージセンサ。 Multiple data lines,
A plurality of scan lines intersecting the data lines;
A photoelectric conversion element including a thin film transistor having a photosensitive semiconductor layer provided at each intersection of the data line and the scanning line, and an auxiliary capacitor connected to a drain electrode of the thin film transistor and charged with charge;
A photoelectric conversion amount detecting means connected to the source electrode of the thin film transistor for detecting the photoelectric conversion amount by the thin film transistor;
Image information output means for outputting the result detected by the photoelectric conversion amount detection means as image information,
The auxiliary capacitor is charged with a predetermined amount of charge, and when the thin film transistor is in a non-conductive state, the charge is discharged by light irradiation to the photosensitive semiconductor layer,
The photoelectric conversion amount detection means is a two-dimensional image sensor that detects the photoelectric conversion amount of the photoelectric conversion element based on the charge of the auxiliary capacitor after the light irradiation to the photosensitive semiconductor layer is completed,
Gate voltage applying means for applying a gate voltage to the gate electrode of the thin film transistor when the thin film transistor is turned off and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time;
A two-dimensional image sensor comprising gate voltage control means for variably controlling the gate voltage applied by the gate voltage application means.
上記光照射制御手段は、上記補助容量に所定量の電荷が充電された後、一定時間光の照射を行うように上記光照射手段を制御し、
上記光電変換量検出手段は、上記光照射手段による一定時間の光照射後に光照射を停止した状態で、上記補助容量の電荷に基づいて、上記光電変換素子による光電変換量を検出することを特徴とする請求項11に記載の2次元イメージセンサ。 A light irradiation control means for controlling the light irradiation of the light irradiation means,
The light irradiation control means controls the light irradiation means to irradiate light for a predetermined time after a predetermined amount of charge is charged in the auxiliary capacitor,
The photoelectric conversion amount detection means detects the photoelectric conversion amount by the photoelectric conversion element based on the charge of the auxiliary capacitor in a state where light irradiation is stopped after light irradiation by the light irradiation means for a certain time. The two-dimensional image sensor according to claim 11.
複数の薄膜トランジスタを非導通状態にして、それぞれの感光性半導体層に強度の異なる光を照射している時間内で、最強の光が照射された薄膜トランジスタの光電流値またはそれを蓄積した値と、最弱の光が照射された薄膜トランジスタの光電流値またはそれを蓄積した値との差を最大の感度とした場合、
上記の各薄膜トランジスタに接続された全ての補助容量に所定量の電荷が充電された後、上記走査線を駆動することで薄膜トランジスタを順次導通状態とし、上記補助容量の電荷に基づいて上記光電変換素子による光電変換量を検出するステップを含み、
上記ステップにおいて、上記薄膜トランジスタを非導通状態にして上記感光性半導体層に光を所定時間照射している時に、最大の感度となるゲート電圧を上記薄膜トランジスタのゲート電極に印加することを特徴とする2次元イメージセンサの駆動方法。 The method for driving a two-dimensional image sensor according to claim 10,
Within a time period in which a plurality of thin film transistors are in a non-conductive state and each photosensitive semiconductor layer is irradiated with light having different intensities, the photocurrent value of the thin film transistor irradiated with the strongest light or the accumulated value thereof, When the maximum sensitivity is the difference between the photocurrent value of the thin film transistor irradiated with the weakest light or the accumulated value,
After all the auxiliary capacitors connected to the thin film transistors are charged with a predetermined amount of charge, the scanning lines are driven to sequentially turn on the thin film transistors, and the photoelectric conversion elements are based on the charges of the auxiliary capacitors. Detecting the photoelectric conversion amount by
In the step, when the thin film transistor is turned off and the photosensitive semiconductor layer is irradiated with light for a predetermined time, a gate voltage that provides maximum sensitivity is applied to the gate electrode of the thin film transistor. A driving method for a two-dimensional image sensor.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005137540A JP2006319441A (en) | 2005-05-10 | 2005-05-10 | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion method, image reading apparatus, two-dimensional image sensor, and drive method of two-dimensional image sensor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005137540A JP2006319441A (en) | 2005-05-10 | 2005-05-10 | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion method, image reading apparatus, two-dimensional image sensor, and drive method of two-dimensional image sensor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006319441A true JP2006319441A (en) | 2006-11-24 |
Family
ID=37539746
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005137540A Pending JP2006319441A (en) | 2005-05-10 | 2005-05-10 | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion method, image reading apparatus, two-dimensional image sensor, and drive method of two-dimensional image sensor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006319441A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009146100A (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Sony Corp | Display device and light sensor element |
JP2012230040A (en) * | 2011-04-27 | 2012-11-22 | Seiko Epson Corp | Temperature measuring method |
-
2005
- 2005-05-10 JP JP2005137540A patent/JP2006319441A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009146100A (en) * | 2007-12-13 | 2009-07-02 | Sony Corp | Display device and light sensor element |
JP2012230040A (en) * | 2011-04-27 | 2012-11-22 | Seiko Epson Corp | Temperature measuring method |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI259990B (en) | Active-matrix organic electroluminescent display device | |
JP4485087B2 (en) | Operation method of semiconductor device | |
US7388184B2 (en) | Image reading device and image reading method | |
JP4632129B2 (en) | Image reading device | |
JP2004126721A (en) | Image reading device and drive control method for the same | |
JP2006319441A (en) | Photoelectric conversion apparatus, photoelectric conversion method, image reading apparatus, two-dimensional image sensor, and drive method of two-dimensional image sensor | |
US6480305B1 (en) | Imaging device | |
US7973825B2 (en) | Image sensor array architecture for improved resolution switching | |
JP4342774B2 (en) | Photoelectric conversion amount detection method, photoelectric conversion device, image input method and image input device, two-dimensional image sensor, and two-dimensional image sensor driving method | |
US7095005B2 (en) | Image reading device for reversing polarity of stored charge in capacitor | |
JP3159138B2 (en) | Manual scanning type color image input device | |
US9967488B2 (en) | Photoelectric conversion device, image reading device, and image forming apparatus | |
EP1416711A1 (en) | Signal processing circuit and solid-state image pickup device | |
KR101085448B1 (en) | Apparatus for cognition of pattern, and method for driving thereof | |
JP2005110194A (en) | Image sensor, image data acquisition system, image reading method, image reading program and recording medium with image reading program recorded thereon | |
JP2005184390A (en) | Original reading apparatus, computer program, original reading system, and original reading method | |
JP4467937B2 (en) | Photoelectric conversion apparatus, image input apparatus using the photoelectric conversion apparatus, and photoelectric conversion method | |
JP2704187B2 (en) | Image sensor | |
US7656448B2 (en) | System for selecting a format for control data in an imaging device | |
JP2001189828A (en) | Picture reader and its drive control method | |
JPS6336186B2 (en) | ||
JP2004088451A (en) | Photoelectric converter, and radiographic apparatus | |
JP2012134889A (en) | Image reader and image data reading method thereof | |
JPH10190941A (en) | After-image detection method and after-image detector | |
JP2004172679A (en) | Imaging unit |